Взаимодействие частиц в газах. Исследование разных веществ показали

Свойства газов, жидкостей, твердых тел. урок. Физика 10 Класс

Взаимодействие частиц в газах. Исследование разных веществ показали

Все тела состоят из атомов или молекул (частицы вещества), которые беспорядочно двигаются, а также взаимодействуют с силами притяжения и отталкивания.

Именно различиями в тепловом движении этих частиц, а также их взаимодействием при разных условиях обуславливается факт существования у вещества нескольких агрегатных состояний: газообразное, жидкое, твёрдое.

Особенностям этих состояний посвящён этот урок.

Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, которые вращаются вокруг ядра. Атом, как и молекула, электрически нейтрален.

Рассмотрим силу взаимодействия между частицами на примере двух неподвижных молекул.

Между телами в природе существуют гравитационные и электромагнитные силы. Так как массы молекул крайне малы, то силы гравитационного взаимодействия между ними можно не рассматривать. На больших расстояниях электромагнитного взаимодействия между молекулами тоже нет.

При уменьшении расстояния между частицами (см. Рис.

1) они начинают ориентироваться так, что их обращённые друг к другу стороны будут иметь разные по знаку заряды (в целом молекулы остаются при этом нейтральными), и, в итоге, между молекулами возникают силы притяжения (максимальная сила притяжения на расстоянии 2–3 диаметров молекулы).

При уменьшении расстояния между молекулами возникают силы отталкивания как результат взаимодействия отрицательно заряженных электронных оболочек атомов молекул. Следовательно, на молекулу действует сумма сил: притяжения и отталкивания (на больших расстояниях преобладает сила притяжения, на малых – сила отталкивания).

Рис. 1. Взаимодействие между молекулами

На рисунке 2 изображён график зависимости силы взаимодействия между молекулами от расстояния между ними. Красной линией показана сила притяжения, синей линией – сила отталкивания, зелёной линией – итоговый график сил. Величина  – это такое расстояние между молекулами, на котором силы притяжения становятся равными силам отталкивания (положение устойчивого равновесия).

Рис. 2. График зависимости силы взаимодействия между молекулами в зависимости от расстояния между ними

Находящиеся на расстоянии друг от друга и связанные электромагнитными силами молекулы обладают потенциальной энергией. В положении устойчивого равновесия потенциальная энергия молекул минимальна.

В веществе каждая молекула взаимодействует одновременно со многими соседними молекулами, что также влияет на величину их минимальной потенциальной энергии. Кроме того, все молекулы вещества находятся в непрерывном движении, то есть обладают кинетической энергией.

Таким образом, структура вещества и его свойства (твёрдых, жидких, газообразных тел) определяется соотношением между минимальной потенциальной энергией взаимодействия молекул и их запасом кинетической энергии теплового движения.

Среднее расстояние между частицами газа намного превышает размеры самих частиц, таким образом, в промежутках между столкновениями частицы газа проходят расстояния, на несколько порядков превышающие собственные размеры. Например, в воздухе (при нормальных условиях) длина свободного пробега молекулы составляет , что в тысячу раз больше среднего размера молекулы.

При таких больших расстояниях между молекулами силы межмолекулярного взаимодействия между ними очень малы. С энергетической точки зрения это означает, что потенциальной энергией взаимодействия молекул (по сравнению с кинетической энергией их движения) можно пренебречь.

Если рассматривать кинетическую энергию, то есть движение молекул газа, то стоит отметить, что каждая из них участвует не только в поступательном, но и во вращательном движении (если это не одноатомный газ), а если учитывать очень малое взаимодействие молекул газа, то эти молекулы будут принимать участие и в колебательном движении (см. Рис. 3).

Рис. 3. Виды движений молекул

Таким образом, любая молекула газа, не испытывая сильного взаимодействия с соседними, может оказаться в произвольном месте сосуда в любой момент времени, поэтому говорят, что газы не сохраняют ни форму, ни объём. Такое свойство газов широко используется в современной технике (пневматическое оборудование, тепловые двигатели и т. д.).

Твёрдые тела являются полной противоположностью газам. В них не происходит свободного передвижения частиц. Молекулы находятся в узлах кристаллической решётки (см. Рис. 4). То есть существует строгий периодический порядок в расположении частиц, составляющих твёрдое тело.

Рис. 4. Кристаллическая решётка NaCl (поваренная соль)

В твёрдых телах потенциальная энергия взаимодействия очень существенна, кинетическая энергия, по сравнению с потенциальной, не велика. Атомы, молекулы или ионы совершают лишь колебательные движения возле положения равновесия. Расстояния между соседними частицами примерно равны размерам самих частиц.

Виды кристаллических решёток отличаются в зависимости от вещества (главное – это периодичность и порядок). Точки пространства, в которых находятся частицы твёрдого тела, называются узлами кристаллической решётки.

Из-за стабильности и порядка в расположении частиц в узлах кристаллической решётки, физики говорят, что твёрдые тела обладают дальним и ближним порядками в расположении частиц вещества (см. далее).

Твёрдые тела сохраняют форму и объём (для примера, если подвергнуть пружинку деформации, она вернётся к предыдущей форме, не изменив при этом объём).

Каждую молекулу жидкости, хотя они не расположены так строго и упорядоченно, как в твёрдом теле, окружает одинаковое число молекул-«соседок» (см. Рис. 5).

Но если посмотреть на молекулы жидкости издалека, то ни о каком порядке в жидкости речь идти не может, будем наблюдать хаос.

Поэтому говорят, что в твёрдых телах есть ближний порядок и дальний порядок, а в жидкости только ближний порядок. В газообразных телах отсутствуют и ближний, и дальний порядок.

Рис. 5. Дальний и ближний порядок в расположении частиц вещества

Жидкости, в отличие от твёрдых тел, обладают ближним порядком в расположении частиц вещества.

Частицы в жидких телах «упакованы» плотно и, как в твёрдых телах, совершают колебания около положения равновесия. Попытка сжать жидкость быстро приводит к деформации молекул и встречает мощное сопротивление со стороны жидкости. То есть жидкости практически не сжимаемы.

Хотя молекулы жидкости расположены почти так же, как в твёрдом теле, жидкость обладает текучестью. Это объясняется тем, что, в отличие от твёрдого тела, колебания молекул около положения равновесия в жидкости не вечны, в какой-то момент времени молекула совершает «скачок», переходя в другое положение. Следовательно, жидкость хорошо сохраняет объём, но не сохраняет форму.

С энергетической точки зрения жидкость занимает промежуточное положение между твёрдым телом и газом – частицы жидкости обладают существенной на микроскопическом уровне, как кинетической энергией движения, так и потенциальной энергией взаимодействия.

Аморфное состояние тела называют промежуточным между твёрдым и жидким. Примером такого вещества является пластилин, смола, стекло.

Молекулы в аморфных веществах расположены подобно молекулам в жидкости, то есть обладают ближним порядком, но не обладают дальним порядком.

Можно с определённой долей условности назвать аморфные тела очень вязкими жидкостями. Убедиться в этом можно, если посмотреть на профиль оконных стёкол в старинных замках.

Вверху эти стёкла гораздо уже, чем внизу – стекло за многие годы «стекает» вниз (см. Рис. 6), при этом не изменяя своего внутреннего строения. Ведь, например, ледники также могут стекать вниз.

Но это связано с таянием ледника и дальнейшей кристаллизацией воды.

Рис. 6. Профиль оконного стекла в старинном замке

В твёрдых телах частицы обладают существенной потенциальной энергией и относительно небольшой кинетической энергией, так как они совершают колебательные движения вблизи положения равновесия.

Промежуточное положение занимают жидкости, так как частицы жидкости обладают существенной как кинетической энергией движения, так и потенциальной энергией взаимодействия, а в газах молекулы обладают большой кинетической энергией движения и сравнительно малой (пренебрежимо малой) потенциальной энергией взаимодействия.

Список литературы

  1. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Физика 10. – М.: Просвещение, 2008.
  2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. – М.: Илекса, 2005.
  3. Касьянов В.А. Физика 10 класс. – М.: Дрофа, 2010.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Домашнее задание

  1. Вопросы (1–4) в конце параграфа 47 (стр. 229); Касьянов В.А. Физика 10 класс (см. список рекомендованной литературы) (Источник). 
  2. Чем отличаются траектории движения молекул газа, жидкости и твёрдого тела?
  3. При сильном охлаждении воздуха его можно сделать жидким. При этом объем, который занимает воздух, уменьшается почти в 700 раз. Сделайте вывод из этого факта: какую долю объема газа составляет объем самих молекул?
  4. Газ способен к неограниченному расширению. Почему существует атмосфера Земли?

Источник: https://interneturok.ru/lesson/physics/10-klass/osnovy-molekulyarno-kineticheskoy-teorii/svoystva-gazov-zhidkostey-tverdyh-tel

Исследование разных веществ показали

Взаимодействие частиц в газах. Исследование разных веществ показали
с. 1
§ 6. Каковы свойства мельчайших частиц вещества?

Исследование разных веществ показали, что между атомами и молекулами в веществе есть промежутки, В этом вы убеждаетесь, когда пьете чай с сахаром. Если аккуратно насыпать сахарный песок в полный стакан с горячим чаем, то чай из стакана не будет выливаться.

Это возможно лишь потому, что молекулы сахарозы заняли промежутки между молекулами воды, подобно тому, как не пересыпаясь через край, займут промежутки между картофелем горошинки, если мы захотим добавить в ведро картофеля пару стаканов гороха. Промежутки между молекулами сравнимы с размерами самих молекул, т.е. очень малы.

Проведенные вами следующие опыты помогут вам убедиться в существовании этих межмолекулярных промежутков.

Сожмите шарик, заполненный воздухом. Вы легко это сделаете, так как межмолекулярные промежутки уменьшаются. Молекулы воздуха не изменяются, а только сближаются.

Теперь возьмем колбу, в которой есть воздух, закроем ее пробкой с вставленной в нее трубочкой, в которой находится капля подкрашенной жидкости. При нагревании колбы капелька жидкости будет подниматься по трубке. Это происходит потому, что при нагревании воздуха расстояния между молекулами увеличиваются, а значит увеличивается объем газа, и он перемещает каплю вверх.

Это явление учитывают при строительстве железных дорог, когда оставляют зазоры на рельсах. Летом рельсы нагреваются и расширяются. Поэтому, если бы не было зазоров, то рельсы могли бы лопнуть или изогнуться то привело бы к аварии поездов.

(Вы нередко наблюдали, как убегает из кастрюли молоко или горячая вода из чайника, до краев наполненного. Это тоже примеры, доказывающие, что между молекулами и атомами в веществе есть промежутки.

Частицы вещества (атомы и молекулы) непрерывно, беспорядочно движутся.

В этом нас убеждает повседневный опыт. Не выходя из комнаты, мы знаем, что нам готовит мама на обед. Запах пирожков или кофе легко распространяется по всей квартире. Если же мы откроем флакон с духами, то очень скоро их запах распространится по комнате. Зацвела сирень, и ее чудный аромат ощущается во всем саду.

Как объяснить распространение запаха?

Оказывается, молекулы веществ движутся. При этом они сталкиваются с молекулами воздуха, беспорядочно перемещаясь, они распространяются в определенному пространстве и перемешиваются с молекулами газов, воздуха. Наблюдаемое явление называют диффузией.

Таким образом, диффузия – это взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга, происходящее из-за беспорядочного движения частиц вещества.

Диффузия является одним из основных доказательств непрерывного, беспорядочного движения частиц вещества (атомов и молекул).

При диффузии частицы одного вещества стремятся равномерно распределиться между частицами другого вещества.

Диффузия происходит в любых телах, но с разной скоростью. Наблюдая за этим явлением, ученые установили, что скорость движения молекул зависит от температуры.

Чем выше температура, тем быстрее происходит диффузия, а значит быстрее движутся молекулы.

И все-таки запах мы ощущаем не сразу, а через несколько минут, так как молекулы газа испытывают соударения с другими молекулами и движутся по очень сложной линии.

В жидкостях скорость движения молекул меньше, чем в газах. Если мы не будем размешивать чай, то сладким он станет дня через два. Для того чтобы диффузия произошла в твердых телах потребуются годы. Например, было замечено, что в старых зданиях часто невозможно отделить болты, скрепляющие детали между собой, так как они “срастаются” друг с другом.

Интересный факт. Молекулы вещества очень малы, поэтому увидеть их движение даже используя микроскоп невозможно. Зато можно разглядеть, как молекулы жидкости «подталкивают» более крупные частички, если рассматривать каплю загрязненной воды. Впервые это явление наблюдал в 1827 г. английский ботаник Роберт Броун. Он рассматривал в микроскоп размешенную в воде цветочную пыльцу.

В поле зрения прибора взад и вперед сновали темные частички. Крупные двигались не спеша, мелкие прыгали быстро и беспорядочно.

Броун был настоящим ученым и, столкнувшись с непонятным явлением, добросовестно исследовал его. Он убедился, что путь этих частичек случаен, и обнаружил, что в горячей воде они движутся быстрее, чем в холодной.

Но Броун был ботаником, и объяснить увиденное физическое явление он не смог. Это удалось лишь А. Эйнштейну в 1905 г. Беспорядочное, хаотическое движение частиц вещества получило название броуновское движение частиц.

Какова роль диффузии в живой природе?

Диффузия имеет большое значение в жизни человека, животных и растений. Благодаря диффузии осуществляется обмен газов в легких и тканях живых организмов, то есть процесс дыхания. При выдохе удаляется углекислый газ, а при вдохе с воздухом поступает кислород, который из легких попадает в кровь путем диффузии.

Без диффузии не обходится процесс питания во всех организмах. Частицы питательных веществ всасываются микроворсинками кишечника и через капилляры (мельчайшие сосуды) попадают в кровь. В жизни некоторых живых организмов большое значение имеет дыхание через кожу, которое осуществ­ляется опять-таки за счет диффузии.

В садоводстве широко используется внекорневая подкормка растений путем опрыскивания их кроны. В этом случае диффузия – проникновение питательных веществ в растение происходит через листы и быстрее, чем через корневую систему. Благодаря диффузии происходит также питание растений, корневая система которых всасывает вещества, находящиеся в почве.

За счет диффузии из воздуха в воду природных водоемов и аквариумов поступает кислород, который жизненно необходим их обитателям.

Между атомами и молекулами в веществе есть промежутки. Частицы вещества находятся в непрерывном, беспорядочном движении, что является доказательством диффузии.

Диффузия происходит в любых телах (газообразных, жидких и твердых), но с разной скоростью, которая увеличивается с повышением температуры и уменьшается с ее понижением.

Диффузия имеет большое значение в жизни любого живого организма.

Диффузия

Проверьте свои знания

1. Какими свойствами обладают мельчайшие частицы вещества?

2. Докажите существование промежутков между мельчайшими частицами вещества.

3. Чем опасен разлив нефти по поверхности водоема?

4. Что называют диффузией?

5. В каких телах происходит диффузия и от чего зависит ее скорость?

6. Расскажите о значении диффузии в природе и жизни организмов.

§ 7. Как взаимодействуют частицы вещества?

Попытайтесь растянуть деревянный брусок или камень. Вряд ли у вас это получится. Почему? Потому что частицы вещества взаимодействуют друг с другом. В данном случае они сильно притягиваются.

Разрывая лист бумаги, раскалывая полено, мы прикладываем некоторое усилие, потому что мы разъединяем множество притягивающихся друг к другу частиц вещества.

Благодаря взаимному притяжению частиц твердые тела не рассыпаются на отдельные молекулы.

Но молекулы не только притягиваются, они еще и отталки­ваются. Эти силы, например, мешают сжатию тел. Попробуйте сжать резиновый ластик. Что у вас получилось? Как вы думаете, почему? Сжать ластик было довольно трудно, так как этому препятствует отталкивание молекул.

Силы межмолекулярного взаимодействия (притяжение и отталкивание) мы наблюдаем постоянно. Например, как сливаются вместе дождевые капли. Если прижать две тщательно отполированные металлические пластинки, то отделить их друг от друга будет сложно.

Но разорванный лист бумаги снова соединить по линии разрыва невозможно, так как край бумаги очень тонкий и неровный. Однако большие пачки бумаги, если они длительное время хранятся, то листы такой бумаги будет трудно отделить один от другого.

Значит, притяжение проявляется на очень незначительных расстояниях между частицами. На расстояниях в одну миллионную часть миллиметра притяжение между молекулами практически исчезает. На еще меньших расстояниях проявляется отталкивание.

Без применения каких-либо усилий к телам притяжение и отталкивание между молекулами их веществ уравновешены.

Итак, частицы вещества взаимодействуют друг с другом, они притягиваются и отталкиваются.

Интересный факт. Взаимодействуют друг с другом не только молекулы одного и того же вещества. Благодаря такому взаимодействию мы можем склеивать, сваривать, красить.

Камень, опущенный в воду, становится мокрым потому, что притяжение между молекулами воды и камня сильнее, чем между молекулами камня друг с другом. А вот воск не смачивается водой.

Восковой налет на листьях не дает залить воде устьица, и дыхание растений не нарушается.

Агрегатные состояния вещества.

Вещество в земных условиях встречается в трех состояниях: жидком, твердом и газообразном. Вы это прекрасно знаете на примере воды. Водяной пар, лед и жидкая вода – это разные состояния одного и того же вещества.

Наверняка вам хорошо известен выделяющийся при дыхании и горении углекислый газ, и уж точно каждый видел сухой лед у продавцов мороженого, а вот о том, что это твердый углекислый газ, знают не все. Кислород при нормальных условиях – газ, а при сильном охлаждении он сжижается, а затем и затвердевает.

Значит, любое вещество при определенных условиях может быть жидким, твердым и газообразным, при этом химический состав вещества не изменяется. Такие состояния называются агрегатными состояниями вещества.

Как вы думаете, чем будут различаться разные состояния вещества, если химический состав их остается неизменным? Конечно же, расположением, взаимодействием и движением молекул. Твердые тела, как правило, кристаллические. Например: кварц, алмаз, поваренная соль, металлы, снежинки, представляющие собой кристаллики льда. Все они имеют правильную форму.

Молекулы в таких телах расположены близко друг к другу в строгом порядке, прочно удерживаются на своих местах, совершая «бег на месте», лишь изредка перескакивая и меняя свое положение. Этим и объясняется то, что твердые тела сохраняют форму и объем. В обычных условиях их трудно сжать или растянуть, согнуть или разорвать.

Как вам известно, при повышении температуры движение молекул становится быстрее, «прыжки» на другое место становятся чаще, да и расстояние между молекулами увеличивается. Взаимодействие между молекулами ослабевает, вещество становится текучим. Этим и объясняются основные свойства жидкостей: они плохо сжимаемы, текучи, сохраняют объем, но легко меняют форму.

Если жидкость оставить открытой, то она постепенно испарится. Это происходит потому, что вещество перейдет из одного состояния (жидкого) в другое – газообразное.

В газах молекулы расположены «очень далеко» друг от друга (в сравнении с ихсобственными размерами). Поэтому взаимодействуют они слабо и движутся в любых направлениях неограниченно далеко друг от друга.

По этой причине газы не сохраняют форму и объем, могут неограниченно расширяться и легко сжиматься.

Молекулы в веществе взаимодействуют: притягиваются или отталкиваются. Силы межмолекулярного взаимодействия проявляются на очень незначительных расстояниях между частицами вещества. Взаимное расположение, взаимодействие и характер движения молекул определяют агрегатное состояние вещества.

Агрегатное состояние вещества * Силы межмолекулярного взаимодействия: притяжение и отталкивание.

Проверьте свои знания

1. Назовите силы межмолекулярного взаимодействия. Приведите примеры этих сил.

2. Поместим под колоколом воздушного насоса слабо надутый шарик. Если откачивать воздух из-под колокола, шарик раздуется. Почему?

3. На каких расстояниях проявляются силы межмолекулярного взаимодействия?

4. Объясните, почему твердые тела хорошо сохраняют форму и объем?

5.В каких состояниях может находиться вещество? Приведите примеры.

6. Какие состояния вещества называют агрегатными?

7. Объясните, почему жидкости обладают малой сжимаемостью, не сохраняют свою форму?

8. Объясните, почему газы не сохраняют форму и объем, легко сжимаются?

с. 1

Источник: http://kilouma.ru/safia/issledovanie-raznih-veshestv-pokazali/main.html

Исследование разных веществ показали. Взаимодействие частиц с веществом

Взаимодействие частиц в газах. Исследование разных веществ показали

Взаимодействие частиц с веществом зависит от их типа, заряда, массы и энергии.Заряженные частицы ионизуют атомы вещества, взаимодействуя с атомнымиэлектронами.

Нейтроны и гамма-кванты, сталкиваясь с частицами в веществе,передают им свою энергию, вызывая ионизацию в результате образования вторичныхзаряженных частиц. В случае γ-квантов основными процессами, приводящими кобразованию заряженных частиц являются фотоэффект, эффект Комптона и рождениеэлектрон-позитронных пар.

Взаимодействие частиц с веществом зависит от такиххарактеристик вещества как его плотность, атомный номер и средний ионизационныйпотенциал вещества.

Ионизационные потери энергии тяжелойзаряженной частицей

Рис. п.4.1. Взаимодействие частицы с веществом.

Тяжёлая нерелятивистская заряженная частица с зарядомZe и скоростью v пролетает вдоль осиx на расстоянии ρ от электрона (рис. 2.2).

Сила взаимодействия в момент наибольшего сближения частицF = Ze 2 / ρ 2 . Время взаимодействияΔt ≈ 2 ρ /v . Переданный электрону импульс Δp ≈ FΔt= 2Ze 2 / (ρ v) . Переданная энергия ΔE ≈ (Δp) 2 /2m e= 2Z 2 e 4 /(m e v 2 ρ 2).

Если n – число электронов в единице объёма, то число электронов вэлементе объёма

ΔN = 2πρndρdx. Суммарная энергия,переданная электронам,

где m e − масса электрона (m e с 2= 511 кэВ− энергия покоя электрона); с- скорость света;β = v/c; v − скоростьчастицы; Z − заряд частицы в единицах заряда позитрона; n e- плотность электронов вещества; −средний ионизационный потенциал атомов вещества среды, через которую проходитчастица:
= 13.5Z эВ,где Z − заряд ядер вещества среды в единицах заряда позитрона;
r 0 = e 2 /(m e c 2) = 2.818·10 -13 см − классический радиус электрона.


Рис. п4.2. Удельные потери энергии заряженной частицы в воздухе.

Взаимодействие электронов с веществом

Прохождение электронов через вещество отличается от прохождения тяжёлыхзаряженных частиц.

причина – малая масса электрона, что приводит котносительно большому изменению импульса электрона при каждом его столкновениис частицами вещества, вызывая заметное изменение направления движения электронаи как результат – электро­магнитное радиационное излучение.
Удельные потери энергии электронов с кинетической энергиейTe складываются из суммы ионизационных и радиационных потерь энергии.

Ионизационные потери энергии электронов

В области низких энергий электронов (T e < 1 МэВ) определяющий вклад впотери энергии дают неупругие ионизационные процессы взаимодействия с атомнымиэлектронами, включающие ионизацию атомов. Передаваемая в одном столкновенииэнергия в среднем мала и при движении в веществе потери складываются из оченьбольшого числа таких малых потерь энергии.

Радиационные потери энергии электронов

Ионизационные потери энергии электронов преобладают в области относительнонебольших энергий. С ростом энергии электронаT e растут радиационные потериэнергии. Согласно классической электродинамике, заряд, испытывающий ускорениеa, излучает энергию. Мощность излучения W определяется соотношением W =(2/3)e 2 a 2 /c 3 .

Ускорение частицы с зарядом z в поле атомного ядра с зарядомZ: a ≈ Zze 2 /(mr 2).
Ускорение обратно пропорционально массе частицыm. Поэтому энергия, излучаемая при торможении протона, меньше энергии,излученной электроном в том же поле, в ~3.5·10 6 раз.

Радиационные потери, играющие важную роль вторможении электронов высокой энергии, практически не существенны припрохождении через вещество тяжёлых заряженных частиц.

Е 1:(п4.11)
  • Сечение образования e + e − пар
При m e c 2 137m e c 2 Z -1/3(п4.13)

Черенковское излучение

Черенковское излучение является когерентным излучением диполей,образующихся в результате поляризации среды пролетающей заряженной частицей, ивозникает при возвращении этих диполей (поляризованных атомов) в исходноенеполяризованное состояние.

Если частица двигается медленно, то диполи успеваютповорачиваться в её направлении. Поляризация среды при этом симметричнаотносительно координаты частицы. Излучения отдельных диполей при возвращении висходное состояние гасят друг друга.

При движении частицы со «сверхсветовой» дляданной среды скоростью за счёт запаздывающей реакции диполей они преимущественноориентируются в направлении движения частицы. Итоговая поляризация оказываетсянесимметричной относительно местоположения частицы и излучение диполейнекомпенсированным.

Фронт волны черенковского излучения (рис. 2.5)является огибающей сферических волн, испущенных частицей. Фотоны испускаются подуглом θ к направлению движения частицы:

cosθ = (βn) -1 ,

где β = v/c,n – показатель преломления среды. Огибающаясветовых волн А для частицы, двигающейся со скоростью v > c/n, представляет собой конус с угломраствора 2φ, вершина которого совпадает с положением частицы в данный момент(точка P на рисунке), а нормали к образующим конуса показывают направлениераспространения черенковского излучения.

Задачи

П 4.1.Во сколько разотличаются энергетические потери протонов иK + -мезоновс кинетической энергией T = 100 МэВ валюминиевой фольге толщиной 1 мм?

П 4.2.Пучок протонов с кинетической энергией T = 500 МэВ и током I = 1 мАпроходит через медную пластину толщиной D = 1 см. Рассчитайте мощность W,рассеиваемую пучком в пластине.

П 4.3.Определите критические энергии электронов для углерода,алюминия и железа.

П 4.4.Необходимо поглотить электрон с энергией 2 МэВ валюминиевом поглотителе. Определите его толщину.
Ответ:D = 0.35 см

П 4.5.Какую энергию теряет электрон с энергией 500 МэВпри прохождении алюминиевого поглотителя толщиной 1 см?

П 4.6.Радиоактивный источник испускаетγ-квантс энергией 1 МэВ. Какой должна быть толщина стенки свинцового контейнера, чтобыослабить интенсивность излучения 1) в 10 3 раз,2) в 10 5раз?

П 4.7.Как происходят передачи энергии тяжелой и легкойзаряженной частицы веществу?

П 4.8.Как зависят удельные ионизационные потери частицот характеристик среды, в которой они движутся?

П 4.9.Рассчитайте отношение удельных ионизационныхпотерь энергии α‑частиц с энергией 10 МэВ в воздухе, углероде и свинце.

П 4.10.Рассчитайте удельные ионизационные потери энергиипротонов с энергиями 1 МэВ, 10 МэВ, 100 МэВ и 1 ГэВ в свинце.

П 4.11.Протон с кинетической энергией 10 МэВсталкивается с покоящимся электроном. Рассчитайте, какую максимальную энергиюполучит электрон.

П 4.12.Рассчитайте какую кинетическую энергиюTприобретет первоначально покоящийся электрон при прохождении мимо него сприцельным параметром ρ частицы с массойMи зарядом Z.Скорость частицы до столкновения v

Источник: https://vidstyle.ru/issledovanie-raznyh-veshchestv-pokazali-vzaimodeistvie-chastic-s.html

Взаимодействие частиц вещества. Твердое, жидкое и газообразно состояния вещества

Взаимодействие частиц в газах. Исследование разных веществ показали

План-конспект урока по теме «Взаимодействие частиц вещества. Твёрдое, жидкое и газообразное состояние вещества»

Дата:

Тема: Взаимодействие частиц вещества. Твёрдое, жидкое и газообразное состояние вещества

Цели:

Образовательная: получение представлений о взаимодействии частиц вещества; получение умений сравнивать и объяснять свойства твёрдых, жидких и газообразных веществ, исходя из особенностей расположения, взаимодействия и движения частиц;

Развивающая: развитие и формирование умений объяснять простейшие явления на основе представлений о молекулярном строении вещества, сравнивать и объяснять свойства веществ в трёх состояниях.

Воспитательная: прививать культуру умственного труда, аккуратность, учить видеть практическую пользу знаний, продолжить формирование коммуникативных умений, воспитывать внимательность, наблюдательность.

Тип урока: изучение нового материала

Оборудование и источники информации:

Исаченкова, Л. А. Физика : учеб. для 7 кл. учреждений общ. сред. образования с рус. яз. обучения / Л. А. Исаченкова, Г. В. Пальчик, А. А. Сокольский ; под ред. А. А. Сокольского. Минск : Народная асвета, 2017.

Структура урока:

  1. Организационный момент (5 мин)

  2. Актуализация опорных знаний (3мин)

  3. Изучение нового материала(19 мин)

  4. Физкультминутка(3 мин)

  5. Закрепление знаний(10 мин)

  6. Подведение итогов урока (5 мин)

урока

(проверка присутствующих в классе, проверка выполнения домашнего задания, озвучивание темы и основных целей урока)

  1. Актуализация опорных знаний

Почему многие твердые тела обладают большой прочностью? На стальном тросе толщиной всего 25 мм можно поднять тепловоз. Трудно разделить на куски камень. Объяснить это можно притяжением частиц, из которых состоят твердые тела. 

  1. Изучение нового материала

Молекулы (атомы) в твердых веществах притягиваются друг к другу.

Но почему тогда куски разбитого стеклянного стакана нельзя без клея соединить друг с другом в одно целое? В то же время куски пластилина легко можно соединить в один кусок. Проделайте этот опыт сами.

Объяснить эти факты можно, предположив, что притяжение молекул (атомов) проявляется лишь на малых расстояниях между ними. Действительно, если нагреть стеклянные куски так, чтобы стекло стало мягким, и прижать их друг к другу, они слипнутся в одно целое.

Притягиваются и молекулы жидкости. Проведем опыт. Подвесим на пружине чистую стеклянную пластинку и отметим положение нижнего конца пружины указателем (рис. 55, а).

Поднесем к пластинке сосуд с водой до соприкосновения с поверхностью воды (рис. 55, б), после чего будем опускать сосуд до отрыва пластинки.

Растяжение пружины увеличится, что указывает на притяжение частиц жидкости (воды) в сосуде и на поверхности стеклянной пластины.

Рис. 55

А вот молекулы (атомы) газа практически не притягиваются друг к другу. В газах частицы находятся на расстояниях, больших, чем в жидкостях и твердых телах. Притяжение на этих расстояниях ничтожно мало. Поэтому молекулы газа разлетаются по всему предоставленному газу объему. Например, запах духов из открытого флакона распространяется по всей комнате.

А есть ли между молекулами отталкивание?

Возьмите сплошной резиновый мячик и попробуйте его сжать (рис. 56, а). Легко ли это сделать? Стоит только перестать сжимать мячик, как он тут же восстанавливает свою форму (рис. 56, б). Значит, между частицами мячика существует отталкивание. Именно отталкивание частиц затрудняло сжатие мячика, оно же восстановило его первоначальную форму.

Рис. 56

Очень важно понять, что притяжение и отталкивание частиц вещества проявляется лишь на малых расстояниях между частицами, т. е. в твердых телах и жидкостях, и заметно меняется при изменении этих расстояний. Описывая взаимодействие молекул, будем их моделировать шариками.

Так, на определенных расстояниях притяжение двух молекул компенсируется (уравновешивается) отталкиванием (рис. 57, а). При отдалении молекул (рис. 57, б) отталкивание становится меньше притяжения, а при сближении молекул (рис. 57, в) отталкивание становится больше притяжения.

Рис. 57

Взаимодействие двух молекул в теле условно можно сравнить со взаимодействием двух шариков, скрепленных пружиной (рис. 57.1, а). При расстояниях r > r0 (пружина растянута) шарики притягиваются друг к другу (рис. 57.1, б), а при расстояниях r < r0 (пружина сжата) — отталкиваются (рис. 57.1, в).

Рис. 57.1

Хотя эта модель наглядна, но имеет недостаток: в ней между шариками проявляется или притяжение, или отталкивание. Между частицами вещества притяжение и отталкивание существует одновременно! На одних расстояниях (при отдалении частиц) преобладает притяжение, а на других (при сближении) — отталкивание.

Притяжение и отталкивание частиц определяют их взаимное расположение в веществе. А от расположения частиц существенно зависят свойства веществ. Так, глядя на прозрачный очень твердый алмаз (бриллиант) (рис.

58, а) и на мягкий черный графит (рис. 58, б) (из него изготавливают стержни карандашей), мы не догадываемся, что оба вещества состоят из совершенно одинаковых атомов углерода.

Просто в графите эти атомы расположены иначе, чем в алмазе.

Рис. 58

Заметим, что на рисунках изображены не сами атомы, а их модели — шарики и в действительности никаких соединительных стержней или проволочек между ними нет. Это — условное изображение расположения атомов в веществе.

Взаимодействие частиц вещества приводит к тому, что оно может находиться в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Например, лед, вода, пар (рис. 58.1). В трех состояниях может находиться любое вещество, но для этого нужны определенные условия: давление, температура.

Например, кислород в воздухе — газ, но при охлаждении ниже -193°С он превращается в жидкость, а при температуре -219°С кислород — твердое вещество. Железо при нормальном давлении и комнатной температуре находится в твердом состоянии. При температуре выше 1539°С железо становится жидким, а при температуре выше 3050°С — газообразным.

Жидкая ртуть, используемая в медицинских термометрах, при охлаждении до температуры ниже -39°С становится твердой. При температуре выше 357°С ртуть превращается в пар (газ).

Рис. 58.1

Превращая металлическое серебро в газ, его напыляют на стекло и получают «зеркальные» очки.

Какими свойствами обладают вещества в различных состояниях?

Начнем с газов, в которых поведение молекул (рис. 59) напоминает движение пчел в рое. Однако пчелы в рое самостоятельно изменяют направление движения и практически не сталкиваются друг с другом. В то же время для молекул в газе такие столкновения не только неизбежны, но происходят практически непрерывно. В результате столкновений направления и значения скорости движения молекул изменяются.

Рис.59 Рис. 60

Результатом такого движения и отсутствия взаимодействия частиц при движении является то, что газ не сохраняет ни объема, ни формы, а занимает весь предоставленный ему объем.

Каждый из вас посчитает сущей нелепицей утверждения: «Воздух занимает половину объема комнаты» и «Я накачал воздух в две трети объема резинового шарика».

Воздух, как и любой газ, занимает весь объем комнаты и весь объем шарика.

А какие свойства имеют жидкости? Проведем опыт.

Перельем воду из мензурки 1 в мензурку 2. Форма жидкости изменилась, но объем воды остался тем же (рис. 60).

Молекулы не разлетелись по всему объему, как это было бы в случае с газом. Значит, взаимное притяжение молекул жидкости существует, но оно не удерживает жестко соседние молекулы.

Они колеблются и перескакивают из одного места в другое (рис. 61), чем и объясняется текучесть жидкостей.

Рис.61 Рис. 62

Наиболее сильным является взаимодействие частиц в твердом теле. Оно не дает возможности частицам разойтись. Частицы лишь совершают хаотические колебательные движения около определенных положений (рис. 62). Поэтому твердые тела сохраняют и объем, и форму. Резиновый мяч будет сохранять форму шара и объем, куда бы его не поместили: в банку, на стол и т. д.

  1. Физкультминутка

  1. Какие известные вам факты объясняются взаимным притяжением частиц вещества? Взаимным отталкиванием?

  2. Почему газ всегда занимает весь предоставленный объем?

  3. Почему металлический трос растянуть гораздо труднее, чем резиновый таких же размеров?

  4. Какими основными свойствами обладает газ?

  5. Почему жидкость не сохраняет форму?

  6. Чем отличается твердое состояние вещества от жидкого и газообразного?

  7. Отличаются ли молекулы воды от молекул льда?

  8. Какие из перечисленных веществ в обычных условиях (при комнатной температуре и нормальном давлении) находятся в газообразном состоянии, а какие — в жидком или твердом: олово, бензин, кислород, железо, ртуть, воздух, стекло, пластмасса?

  9. Может ли ртуть находиться в твердом состоянии, а воздух — в жидком? При каких условиях?

Итак, подведём итоги урока:

  • Все вещества состоят из отдельных частиц (атомов, молекул), между которыми имеются расстояния.

  • Частицы веществ непрерывно и хаотически движутся.

  • Скорость движения частиц тем больше, чем выше температура тела.

  • Диффузией называется явление взаимного проникновения веществ друг в друга. Особенно быстро диффузия протекает в газах, медленнее — в жидкостях, очень медленно — в твердых телах. При увеличении температуры диффузия идет быстрее.

  • На расстояниях, больших, чем размеры самих частиц, преобладает притяжение частиц. На расстояниях, меньших размеров самих частиц, — отталкивание. Притяжение частиц очень быстро ослабевает при их удалении друг от друга.

  • Изменение размеров тела при его нагревании называется тепловым расширением.

  • Тепловое расширение разных твердых и жидких веществ различно, а всех газов — одинаково.

Организация домашнего задания

§10,11,ответить на контрольные вопросы.

Рефлексия

Продолжите фразы:

  • Сегодня на уроке я узнал…

  • Было интересно…

  • Знания, которые я получил на уроке, пригодятся.

Источник: https://infourok.ru/vzaimodeystvie-chastic-veschestva-tverdoe-zhidkoe-i-gazoobrazno-sostoyaniya-veschestva-2746160.html

Мед-Центр Здоровье
Добавить комментарий