Quelle est la distance entre les molécules à l’état solide. Sujet
Un exemple du système le plus simple étudié en physique moléculaire est gaz. Selon l'approche statistique, les gaz sont considérés comme des systèmes constitués d'un très grand nombre de particules (jusqu'à 10 26 m –3) en mouvement aléatoire constant. Dans la théorie de la cinétique moléculaire, ils utilisent modèle de gaz parfait, selon lequel on estime que :
1) le volume intrinsèque des molécules de gaz est négligeable par rapport au volume du conteneur ;
2) il n'y a pas de forces d'interaction entre les molécules de gaz ;
3) les collisions des molécules de gaz entre elles et avec les parois du récipient sont absolument élastiques.
Estimons les distances entre les molécules dans un gaz. Dans des conditions normales (norme : р=1,03·10 5 Pa ; t=0ºС) le nombre de molécules par unité de volume : . Puis le volume moyen par molécule :
(m3).
Distance moyenne entre les molécules : 
m. Diamètre moyen d'une molécule : d»3·10 -10 m. Les dimensions intrinsèques d'une molécule sont petites par rapport à la distance qui les sépare (10 fois). Par conséquent, les particules (molécules) sont si petites qu’elles peuvent être assimilées à des points matériels.
Dans un gaz, les molécules sont si éloignées la plupart du temps que les forces d’interaction entre elles sont pratiquement nulles. On peut considérer que l'énergie cinétique des molécules de gaz est bien supérieure à l'énergie potentielle, ce dernier peut donc être négligé.
Cependant, dans les moments d'interaction à court terme ( collisions) les forces d'interaction peuvent être importantes, conduisant à un échange d'énergie et de quantité de mouvement entre les molécules. Les collisions constituent le mécanisme par lequel un macrosystème peut passer d'un état énergétique qui lui est accessible dans des conditions données à un autre.
Le modèle des gaz parfaits peut être utilisé dans l'étude des gaz réels, car dans des conditions proches de la normale (par exemple, oxygène, hydrogène, azote, dioxyde de carbone, vapeur d'eau, hélium), ainsi qu'à basses pressions et températures élevées, leur les propriétés sont proches du gaz parfait.
L'état du corps peut changer lorsqu'il est chauffé, comprimé, modifié en forme, c'est-à-dire lorsque des paramètres changent. Il existe des états d’équilibre et de non-équilibre du système. État d'équilibre est un état dans lequel tous les paramètres du système ne changent pas au fil du temps (sinon il est état de non-équilibre), et il n’existe aucune force capable de modifier les paramètres.
Les paramètres les plus importants de l'état du système sont la densité du corps (ou la valeur inverse de la densité - volume spécifique), la pression et la température. Densité (r) est la masse d'une substance par unité de volume. Pression (R.– force agissant par unité de surface d'un corps, dirigée perpendiculairement à cette surface. Différence températures (DT) – une mesure de l’écart des corps par rapport à l’état d’équilibre thermique. Il existe une température empirique et absolue. Température empirique (t) est une mesure de l'écart des corps par rapport à l'état d'équilibre thermique avec la fonte des glaces sous la pression d'une atmosphère physique. L'unité de mesure adoptée est 1 degré Celsius(1 o C), qui est déterminé par la condition selon laquelle la fonte de la glace sous pression atmosphérique se voit attribuer 0 o C, et l'eau bouillante à la même pression se voit attribuer respectivement 100 o C. La différence entre la température absolue et la température empirique réside tout d'abord dans le fait que la température absolue est mesurée à partir de la température extrêmement basse - zéro absolu, qui se situe en dessous de la température de fonte des glaces de 273,16 o, c'est-à-dire
| R.= F(VERMONT). | (6.2.2,b) |
Noter que toute relation fonctionnelle qui relie des paramètres thermodynamiques comme (6.2.2,a) est également appelée équation d'état. La forme de la fonction de dépendance entre les paramètres ((6.2.2,a), (6.2.2,b)) est déterminée expérimentalement pour chaque substance. Cependant, jusqu'à présent, il n'a été possible de déterminer l'équation d'état que pour les gaz à l'état raréfié et, sous forme approximative, pour certains gaz comprimés.
liquides, corps amorphes et cristallins
gaz et liquides
gaz, liquides et solides cristallins
approximativement égal au diamètre de la molécule
plus petit que le diamètre de la molécule
environ 10 fois le diamètre de la molécule
dépend de la température du gaz
liquides
corps cristallins
corps amorphes
uniquement les modèles à structure à gaz
uniquement des modèles de la structure des corps amorphes
modèles de la structure des gaz et des liquides
modèles de la structure des gaz, liquides et solides
la distance entre les molécules augmente
les molécules commencent à s'attirer
l'ordre dans la disposition des molécules augmente
la distance entre les molécules diminue
n'a pas changé
augmenté 5 fois
diminué de 5 fois
augmenté de la racine de cinq
Les distances entre les molécules sont comparables aux tailles des molécules (dans des conditions normales) pour
Dans les gaz dans des conditions normales, la distance moyenne entre les molécules est
Le moindre ordre dans la disposition des particules est caractéristique de
La distance entre les particules de matière voisines est en moyenne plusieurs fois supérieure à la taille des particules elles-mêmes. Cette affirmation correspond au modèle
Lors de la transition de l'eau d'un état liquide à un état cristallin
À pression constante, la concentration des molécules de gaz a augmenté 5 fois, mais sa masse n'a pas changé. Énergie cinétique moyenne du mouvement de translation des molécules de gaz
Le tableau montre les points de fusion et d'ébullition de certaines substances :
substance | Température d'ébullition | substance | Température de fusion |
naphtaline |
Choisissez la bonne affirmation.
Le point de fusion du mercure est supérieur au point d'ébullition de l'éther
Le point d'ébullition de l'alcool est inférieur au point de fusion du mercure
Le point d'ébullition de l'alcool est supérieur au point de fusion du naphtalène
Le point d'ébullition de l'éther est inférieur au point de fusion du naphtalène
La température du solide a diminué de 17 ºC. Sur l'échelle de température absolue, ce changement était
1) 290 K 2) 256 K 3) 17 K 4) 0 K
9. Un récipient de volume constant contient un gaz parfait en quantité de 2 moles. Comment la température absolue d'un récipient contenant un gaz doit-elle être modifiée lorsqu'une mole de gaz est libérée du récipient afin que la pression du gaz sur les parois du récipient augmente de 2 fois ?
1) augmenter de 2 fois 3) augmenter de 4 fois
2) réduire de 2 fois 4) réduire de 4 fois
10. À température T et pression p, une mole d'un gaz parfait occupe le volume V. Quel est le volume du même gaz, pris en quantité de 2 moles, à une pression 2p et une température 2T ?
1) 4 V 2) 2 V 3) V 4) 8 V
11. La température de l'hydrogène pris à raison de 3 moles dans un récipient est égale à T. Quelle est la température de l'oxygène pris à raison de 3 moles dans un récipient de même volume et à la même pression ?
1) T 2) 8 T 3) 24 T 4) T/8
12. Il y a un gaz parfait dans un récipient fermé par un piston. Un graphique de la dépendance de la pression du gaz à la température avec les changements de son état est présenté sur la figure. Quel état du gaz correspond au plus petit volume ?
1) A 2) B 3) C 4) D
13. Un récipient de volume constant contient un gaz parfait dont la masse varie. Le diagramme montre le processus de changement d’état d’un gaz. À quel point du diagramme la masse de gaz est-elle la plus grande ?
1) A 2) B 3) C 4) D
14. À même température, la vapeur saturée dans un récipient fermé diffère de la vapeur insaturée dans le même récipient
1) pression
2) la vitesse de déplacement des molécules
3) l'énergie moyenne du mouvement chaotique des molécules
4) absence de gaz étrangers
15. Quel point du schéma correspond à la pression maximale du gaz ?
il est impossible de donner une réponse exacte
17. Un ballon d'un volume de 2 500 mètres cubes et d'une masse de coque de 400 kg a un trou au fond à travers lequel l'air du ballon est chauffé par un brûleur. À quelle température minimale l'air du ballon doit-il être chauffé pour que le ballon puisse décoller avec une charge (nacelle et aéronaute) de 200 kg ? La température de l'air ambiant est de 7ºС, sa densité est de 1,2 kg par mètre cube. La coque de la balle est considérée comme inextensible.
MCT et thermodynamique
MCT et thermodynamique
Pour cette section, chaque option comprenait cinq tâches avec un choix
réponse, dont 4 sont de niveau de base et 1 est avancé. Basé sur les résultats des examens
Les éléments de contenu suivants ont été appris :
Application de l'équation de Mendeleev – Clapeyron ;
Dépendance de la pression du gaz sur la concentration des molécules et de la température ;
Quantité de chaleur pendant le chauffage et le refroidissement (calcul) ;
Caractéristiques du transfert de chaleur ;
Humidité relative de l'air (calcul) ;
Travaux en thermodynamique (graphique);
Application de l'équation d'état des gaz.
Parmi les tâches du niveau de base, les questions suivantes ont posé des difficultés :
1) Changement d'énergie interne dans divers isoprocessus (par exemple, avec
augmentation isochore de la pression) – achèvement de 50 %.
2) Graphiques isoprocessus – 56 %.
Exemple 5.
La masse constante d'un gaz parfait est impliquée dans le processus illustré
sur l'image. La pression de gaz la plus élevée dans le processus est atteinte
1) au point 1
2) tout au long du segment 1-2
3) au point 3
4) tout au long du segment 2-3
Réponse 1
3) Détermination de l'humidité de l'air – 50 %. Ces tâches contenaient une photographie
psychromètre, selon lequel il était nécessaire de prendre des lectures de sec et d'humide
thermomètres, puis déterminez l'humidité de l'air à l'aide d'une partie
table psychrométrique donnée dans le devoir.
4) Application de la première loi de la thermodynamique. Ces tâches se sont avérées les plus
difficile parmi les tâches de niveau de base pour cette section – 45 %. Ici
il fallait utiliser le graphique et déterminer le type d'isoprocessus
(soit des isothermes, soit des isochores ont été utilisées) et conformément à ce
déterminer l'un des paramètres en fonction de l'autre donné.
Parmi les tâches d'un niveau avancé, des problèmes de calcul ont été présentés sur
application de l'équation d'état du gaz, qui a été complétée par une moyenne de 54%
étudiants, ainsi que les tâches précédemment utilisées pour déterminer les changements
paramètres d'un gaz parfait dans un processus arbitraire. Les traite avec succès
seulement un groupe de diplômés solides, et le taux d'achèvement moyen était de 45 %.
Une de ces tâches est donnée ci-dessous.
Exemple 6
Un gaz parfait est contenu dans un récipient fermé par un piston. Processus
les changements d'état du gaz sont représentés sur le diagramme (voir figure). Comment
le volume du gaz a-t-il changé lors de sa transition de l’état A à l’état B ?
1) augmentait tout le temps
2) diminuait tout le temps
3) d'abord augmenté, puis diminué
4) d'abord diminué, puis augmenté
Réponse 1
Types d'activités Quantité
Tâches %
photos2 10-12 25,0-30,0
4. PHYSIQUE
4.1. Caractéristiques des matériaux de mesure de contrôle en physique
2007
Le travail d'examen pour l'examen d'État unifié en 2007 avait
la même structure que lors des deux années précédentes. Il comprenait 40 tâches,
différant par la forme de présentation et le niveau de complexité. Dans la première partie du travail
30 tâches à choix multiples ont été incluses, où chaque tâche était accompagnée de
quatre options de réponse, dont une seule était correcte. La deuxième partie contenait 4
devoirs à réponses courtes. C'étaient des problèmes de calcul, après avoir résolu
ce qui exigeait que la réponse soit donnée sous la forme d’un nombre. La troisième partie de l'examen
travail - ce sont 6 problèmes de calcul, auxquels il a fallu apporter une solution complète
solution détaillée. La durée totale pour réaliser les travaux était de 210 minutes.
Codificateur d’éléments de contenu pédagogique et spécification
les épreuves d'examen ont été compilées sur la base du minimum obligatoire
1999 n° 56) et a pris en compte la composante fédérale de la norme de l'État
enseignement secondaire (complet) en physique, niveau spécialisé (arrêté du MoD du 5
mars 2004 n°1089). Le codificateur de l'élément de contenu n'a pas changé selon
par rapport à 2006 et incluait uniquement les éléments qui étaient simultanément
présents à la fois dans la composante fédérale de la norme de l'État
(niveau de profil, 2004), et dans le contenu minimum obligatoire
éducation 1999
Par rapport aux matériaux de mesure de contrôle de 2006 dans les variantes
Lors de l'examen d'État unifié de 2007, deux modifications ont été apportées. Le premier d’entre eux était la redistribution
missions dans la première partie du travail sur une base thématique. Peu importe la difficulté
(niveaux de base ou avancés), toutes les tâches de mécanique suivaient en premier, puis
en MCT et thermodynamique, électrodynamique et, enfin, physique quantique. Deuxième
Le changement concernait l'introduction ciblée de tests de tâches
formation de compétences méthodologiques. En 2007, les tâches A30 testaient les compétences
analyser les résultats d'études expérimentales, exprimés sous la forme
des tableaux ou des graphiques, ainsi que construire des graphiques basés sur les résultats de l'expérience. Sélection
les missions pour la ligne A30 ont été réalisées en fonction des besoins de vérification dans ce domaine
une série d'options pour un type d'activité et, par conséquent, quel que soit
affiliation thématique d'une tâche spécifique.
L'épreuve d'examen comprenait des tâches de base et avancées
et des niveaux de difficulté élevés. Les tâches du niveau de base testaient la maîtrise de la plupart
concepts et lois physiques importants. Les tâches de niveau supérieur étaient contrôlées
la capacité d'utiliser ces concepts et ces lois pour analyser des processus plus complexes ou
la capacité de résoudre des problèmes impliquant l’application d’une ou deux lois (formules) selon l’une des
sujets du cours de physique scolaire. Des tâches d'un haut niveau de complexité sont calculées
tâches qui reflètent le niveau d'exigences pour les examens d'entrée aux universités et
nécessitent l'application des connaissances de deux ou trois sections de la physique à la fois dans des versions modifiées ou
situation nouvelle.
Le KIM 2007 comprenait des tâches sur tout le contenu de base
sections du cours de physique :
1) « Mécanique » (cinématique, dynamique, statique, lois de conservation en mécanique,
vibrations mécaniques et ondes) ;
2) « Physique moléculaire. Thermodynamique";
3) « Électrodynamique » (électrostatique, courant continu, champ magnétique,
induction électromagnétique, oscillations et ondes électromagnétiques, optique) ;
4) « Physique quantique » (éléments de STR, dualité onde-particule, physique
atome, physique du noyau atomique).
Le tableau 4.1 montre la répartition des tâches entre les blocs de contenu dans chaque
à partir de parties de la copie d'examen.
Tableau 4.1
selon le type de tâches
Tout le travail
(avec choix
(avec bref
tâches % Quantité
tâches % Quantité
Tâches %
1 Mécanique 11-131 27,5-32,5 9-10 22,5-25,0 1 2,5 1-2 2,5-5,0
2 MCT et thermodynamique 8-10 20,0-25,0 6-7 15,0-17,5 1 2,5 1-2 2,5-5,0
3 Électrodynamique 12-14 30,0-35,5 9-10 22,5-15,0 2 5,0 2-3 5,0-7,5
4 Physique quantique et
STO 6-8 15,0-20,0 5-6 12,5-15,0 – – 1-2 2,5-5,0
Le tableau 4.2 montre la répartition des tâches entre les blocs de contenu dans
selon le niveau de difficulté.
Tableau4.2
Répartition des devoirs par sections du cours de physique
selon le niveau de difficulté
Tout le travail
Un niveau de base de
(avec choix
Élevé
(avec choix de réponse
et court
Haut niveau
(avec élargi
Section de réponse)
tâches % Quantité
tâches % Quantité
tâches % Quantité
Tâches %
1 Mécanique 11-13 27,5-32,5 7-8 17,5-20,0 3 7,5 1-2 2,5-5,0
2 MCT et thermodynamique 8-10 20,0-25,0 5-6 12,5-15,0 2 5,0 1-2 2,5-5,0
3 Électrodynamique 12-14 30,0-35,5 7-8 17,5-20,0 4 10,0 2-3 5,0-7,5
4 Physique quantique et
STO 6-8 15,0-20,0 4-5 10,0-12,5 1 2,5 1-2 2,5-5,0
Lors de l'élaboration du contenu de l'épreuve d'examen, nous avons pris en compte
la nécessité de tester la maîtrise de différents types d'activités. Où
les tâches pour chacune des séries d'options ont été sélectionnées en tenant compte de la répartition par type
activités présentées dans le tableau 4.3.
1 L'évolution du nombre de tâches pour chaque thème est due aux différents thèmes des tâches complexes C6 et
tâches A30, testant les compétences méthodologiques basées sur du matériel provenant de diverses branches de la physique, en
diverses séries d'options.
Tableau4.3
Répartition des tâches par type d'activité
Types d'activités Quantité
Tâches %
1 Comprendre la signification physique des modèles, des concepts, des quantités 4-5 10,0-12,5
2 Expliquer les phénomènes physiques, distinguer l'influence des différents
facteurs sur l'apparition de phénomènes, les manifestations de phénomènes dans la nature ou
leur utilisation dans les appareils techniques et la vie quotidienne
3 Appliquer les lois de la physique (formules) pour analyser les processus
niveau de qualité 6-8 15,0-20,0
4 Appliquer les lois de la physique (formules) pour analyser les processus
niveau calculé 10-12 25,0-30,0
5 Analyser les résultats des études expérimentales 1-2 2.5-5.0
6 Analyser les informations obtenues à partir de graphiques, tableaux, diagrammes,
photos2 10-12 25,0-30,0
7 Résoudre des problèmes de différents niveaux de complexité 13-14 32,5-35,0
Toutes les tâches des première et deuxième parties du travail d'examen ont été évaluées à 1
score primaire. Les solutions aux problèmes de la troisième partie (C1-C6) ont été vérifiées par deux experts en
conformément aux critères généraux d'évaluation, en tenant compte de l'exactitude et de la
exhaustivité de la réponse. Le score maximum pour toutes les tâches avec une réponse détaillée était de 3
points. Le problème était considéré comme résolu si l'étudiant obtenait au moins 2 points.
Sur la base des points attribués pour l'accomplissement de toutes les tâches d'examen
travail, a été traduit en points « test » sur une échelle de 100 points et en notes
sur une échelle de cinq points. Le tableau 4.4 montre les relations entre primaire,
résultats des tests en utilisant un système en cinq points au cours des trois dernières années.
Tableau4.4
Rapport de score primaire, résultats des tests et notes scolaires
Années, points 2 3 4 5
2007 primaire 0-11 12-22 23-35 36-52
essai 0-32 33-51 52-68 69-100
2006 primaire 0-9 10-19 20-33 34-52
essai 0-34 35-51 52-69 70-100
2005 primaire 0-10 11-20 21-35 36-52
essai 0-33 34-50 51-67 68-100
Une comparaison des limites des scores primaires montre que cette année les conditions
l'obtention des notes correspondantes était plus exigeante qu'en 2006, mais
correspondait à peu près aux conditions de 2005. Cela était dû au fait que dans le passé
année, non seulement ceux qui envisageaient d'entrer à l'université ont passé l'examen unifié de physique
dans le profil concerné, mais aussi près de 20 % des étudiants (sur le nombre total de ceux qui passent le test),
qui ont étudié la physique à un niveau de base (pour eux, cet examen a été décidé
région obligatoire).
Au total, 40 options ont été préparées pour l'examen de 2007,
qui étaient cinq séries de 8 options, créées selon différents plans.
La série d'options différait par les éléments et les types de contenu contrôlés
activités pour le même type de tâches, mais en général, elles avaient toutes environ
2 Dans ce cas, nous entendons la forme d'information présentée dans le texte de la tâche ou les distractions,
par conséquent, la même tâche peut tester deux types d’activités.
le même niveau de difficulté moyen et correspondait au plan de l'examen
travaux donnés en annexe 4.1.
4.2. Caractéristiques des participants à l'examen d'État unifié en physique2007 de l'année
Le nombre de participants à l'examen d'État unifié de physique cette année était de 70 052 personnes, ce qui
nettement inférieur à celui de l’année précédente et à peu près conforme aux indicateurs
2005 (voir tableau 4.5). Nombre de régions dans lesquelles les diplômés ont passé l'examen d'État unifié
physique, porté à 65. Le nombre de diplômés qui ont choisi la physique au format
L'examen d'État unifié diffère considérablement selon les régions : à partir de 5 316 personnes. en République
Tatarstan jusqu'à 51 personnes dans l'Okrug autonome des Nenets. En pourcentage de
par rapport au nombre total de diplômés, le nombre de participants à l'examen d'État unifié en physique varie de
0,34% à Moscou à 19,1% dans la région de Samara.
Tableau4.5
Nombre de participants à l'examen
Année Numéro Filles Garçons
Régions
participants Nombre % Nombre %
2005 54 68 916 18 006 26,1 50 910 73,9
2006 61 90 3893 29 266 32,4 61 123 67,6
2007 65 70 052 17 076 24,4 52 976 75,6
L'examen de physique est choisi majoritairement par les jeunes hommes, et seulement un quart des
du nombre total de participants sont des filles qui ont choisi de continuer
universités d'enseignement avec un profil physique et technique.
La répartition des participants aux examens par catégorie reste pratiquement inchangée d'année en année.
types d'établissements (voir tableau 4.6). Près de la moitié des diplômés ayant suivi
Examen d'État unifié en physique, vit dans les grandes villes et seulement 20 % sont des étudiants ayant terminé
écoles rurales.
Tableau4.6
Répartition des participants à l'examen par type de règlement, dans lequel
leurs établissements d'enseignement sont situés
Nombre de candidats Pourcentage
Type de localité des candidats
Établissement rural (village,
village, ferme, etc.) 13 767 18 107 14 281 20,0 20,0 20,4
Règlement urbain
(village ouvrier, village urbain
tapez, etc.)
4 780 8 325 4 805 6,9 9,2 6,9
Ville de moins de 50 000 habitants 7 427 10 810 7 965 10,8 12,0 11,4
Ville avec une population de 50 à 100 000 habitants 6 063 8 757 7 088 8,8 9,7 10,1
Ville avec une population de 100 à 450 000 habitants 16 195 17 673 14 630 23,5 19,5 20,9
Ville avec une population de 450 à 680 000 habitants 7 679 11 799 7 210 11,1 13,1 10,3
Une ville de plus de 680 000 habitants.
personnes 13 005 14 283 13 807 18,9 15,8 19,7
Saint-Pétersbourg – 72 7 – 0,1 0,01
Moscou – 224 259 – 0,2 0,3
Aucune donnée – 339 – – 0,4 –
Total 68 916 90 389 70 052 100% 100% 100%
3 En 2006, dans l'une des régions, les examens d'entrée aux universités de physique n'avaient lieu qu'en
Format d'examen d'État unifié. Cela a entraîné une augmentation si significative du nombre de participants à l'examen d'État unifié.
La composition des participants aux examens par type d'enseignement reste pratiquement inchangée.
institutions (voir tableau 4.7). Comme l'année dernière, la grande majorité
des personnes testées sont diplômées d'établissements d'enseignement général, et seulement environ 2 %
les diplômés sont venus à l'examen des établissements d'enseignement primaire ou
enseignement professionnel secondaire.
Tableau4.7
Répartition des participants aux examens par type d'établissement d'enseignement
Nombre
candidats
Pour cent
Type d'établissement d'enseignement des candidats
2006 g. 2007 g. 2006 g. 2007 g.
Établissements d'enseignement général 86 331 66 849 95,5 95,4
Formation générale du soir (poste)
établissements 487 369 0,5 0,5
Internat d'enseignement général,
école de cadets, internat avec
formation initiale en vol
1 144 1 369 1,3 2,0
Les établissements d'enseignement primaire et
enseignement secondaire professionnel 1 469 1 333 1,7 1,9
Aucune donnée 958 132 1,0 0,2
Total : 90 389 70 052 100 % 100 %
4.3. Les principaux résultats de l'examen de physique
En général, les résultats des travaux d'examen en 2007 ont été
légèrement supérieurs à ceux de l'année dernière, mais à peu près au même niveau que ceux de
chiffres de l’année dernière. Le tableau 4.8 présente les résultats de l'examen d'État unifié de physique en 2007.
sur une échelle de cinq points, et dans le Tableau 4.9 et la Fig. 4.1 – basé sur des résultats aux tests de 100 à
échelle de points. Pour plus de clarté, les résultats sont présentés en comparaison avec
les deux années précédentes.
Tableau4.8
Répartition des participants à l'examen par niveau
préparation(pourcentage du total)
Années « 2 » Note « p3o » 5 points « b4n » sur l'échelle « 5 »
2005 10,5% 40,7% 38,1% 10,7%
2006 16,0% 41,4% 31,1% 11,5%
2007 12,3% 43,2% 32,5% 12,0%
Tableau4.9
Répartition des participants à l'examen
sur la base des résultats des tests obtenus2005-2007 aaa.
Année Intervalle de l’échelle des résultats du test
échange 0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100
2005 0,09% 0,57% 6,69% 19,62% 24,27% 24,44% 16,45% 6,34% 1,03% 0,50% 68 916
2006 0,10% 0,19% 6,91% 23,65% 23,28% 19,98% 15,74% 7,21% 2,26% 0,68% 90 389
2007 0,07% 1,09% 7,80% 19,13% 27,44% 20,60% 14,82% 6,76% 1,74% 0,55% 70 052
0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100
Score du test
Pourcentage d'étudiants ayant reçu
résultat du test correspondant
Riz. 4.1 Répartition des participants à l'examen selon les résultats des tests reçus
Le tableau 4.10 montre une comparaison de l'échelle en points de test sur 100
échelle avec les résultats de l'accomplissement des tâches de la version d'examen dans le primaire
Tableau4.10
Comparaison des intervalles de résultats au primaire et aux tests dans2007 année
Intervalle d'échelle
points de test 0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100
Intervalle d'échelle
points primaires 0-3 4-6 7-10 11-15 16-22 23-29 30-37 38-44 45-48 49-52
Pour recevoir 35 points (score 3, score principal – 13), le candidat
Il suffisait de répondre correctement aux 13 questions les plus simples de la première partie
travail. Pour obtenir 65 points (score 4, score initial – 34), un diplômé doit
c'était, par exemple, répondre correctement à 25 questions à choix multiples, résoudre trois questions sur quatre
problèmes avec une réponse courte, et également faire face à deux problèmes de haut niveau
des difficultés. Ceux qui ont reçu 85 points (score 5, score primaire – 46)
exécuté parfaitement la première et la deuxième partie du travail et résolu au moins quatre problèmes
troisième partie.
Les meilleurs des meilleurs (gamme de 91 à 100 points) doivent non seulement
naviguer librement dans tous les numéros du cours de physique scolaire, mais aussi pratiquement
Évitez même les erreurs techniques. Donc, pour obtenir 94 points (score primaire
– 49) il était possible de « ne pas obtenir » seulement 3 points primaires, permettant, par exemple,
erreurs arithmétiques lors de la résolution de l'un des problèmes d'un haut niveau de complexité
les distances... entre influences et différences externes et internes conditionsPour ... ànormale la pression atteint 100°, puis à ... Pour son fonctionnement en grand tailles, Pour ...
Wiener norbert cybernétique deuxième édition Wiener n cybernétique ou contrôle et communication chez les animaux et les machines - 2e édition - m science édition principale des publications pour l'étranger 1983 - 344 p.
DocumentOu comparable ... Pour exécution normale processus de réflexion. À tel conditions ... taille Pour lignes de connexion entre différentes circonvolutions distance...dont les plus petits molécules composants du mélange...
Wiener n cybernétique ou contrôle et communication chez les animaux et les machines - 2e édition - m science comité de rédaction principal des publications pour les pays étrangers 1983 - 344 p.
DocumentOu comparable ... Pour exécution normale processus de réflexion. À tel conditions ... taille, mais avec une surface lisse. D'un autre côté, Pour lignes de connexion entre différentes circonvolutions distance...dont les plus petits molécules composants du mélange...
De nombreux phénomènes naturels témoignent du mouvement chaotique de microparticules, de molécules et d'atomes de matière. Plus la température de la substance est élevée, plus ce mouvement est intense. Par conséquent, la chaleur d’un corps est le reflet du mouvement aléatoire des molécules et des atomes qui le constituent.
La preuve que tous les atomes et molécules d'une substance sont en mouvement constant et aléatoire peut être la diffusion - l'interpénétration de particules d'une substance dans une autre (voir Fig. 20a). Ainsi, l’odeur se propage rapidement dans toute la pièce même en l’absence de mouvement d’air. Une goutte d’encre rend rapidement tout le verre d’eau uniformément noir, même s’il semblerait que la gravité ne devrait aider à colorer le verre que dans le sens de haut en bas. La diffusion peut également être détectée dans les solides s’ils sont étroitement pressés les uns contre les autres et laissés pendant une longue période. Le phénomène de diffusion démontre que les microparticules d'une substance sont capables de se déplacer spontanément dans toutes les directions. Ce mouvement des microparticules d'une substance, ainsi que de ses molécules et atomes, est appelé mouvement thermique.
Évidemment, toutes les molécules d’eau contenues dans le verre bougent même s’il ne contient aucune goutte d’encre. Simplement, la diffusion de l’encre rend perceptible le mouvement thermique des molécules. Un autre phénomène qui permet d'observer le mouvement thermique et même d'évaluer ses caractéristiques peut être le mouvement brownien, qui fait référence au mouvement chaotique des plus petites particules dans un liquide complètement calme, visible au microscope. Il a été nommé Brownien en l'honneur du botaniste anglais R. Brown qui, en 1827, examinant au microscope les spores de pollen d'une des plantes en suspension dans l'eau, a découvert qu'elles se déplaçaient continuellement et de manière chaotique.
L'observation de Brown a été confirmée par de nombreux autres scientifiques. Il s'est avéré que le mouvement brownien n'est associé ni aux écoulements dans le liquide ni à son évaporation progressive. Les plus petites particules (on les appelait aussi browniennes) se comportaient comme si elles étaient vivantes, et cette « danse » des particules s'accélérait avec l'échauffement du liquide et avec une diminution de la taille des particules et, à l'inverse, ralentissait lors du remplacement de l'eau par un milieu plus visqueux. Le mouvement brownien était particulièrement visible lorsqu'il était observé dans le gaz, par exemple en suivant des particules de fumée ou des gouttelettes de brouillard dans l'air. Ce phénomène étonnant ne s’est jamais arrêté et a pu être observé aussi longtemps qu’on le souhaitait.
Une explication du mouvement brownien n'a été donnée que dans le dernier quart du XIXe siècle, lorsqu'il est devenu évident pour de nombreux scientifiques que le mouvement d'une particule brownienne est provoqué par des impacts aléatoires de molécules du milieu (liquide ou gaz) subissant un mouvement thermique ( voir fig. 20b). En moyenne, les molécules du milieu impactent une particule brownienne dans toutes les directions avec une force égale. Cependant, ces impacts ne s'annulent jamais exactement et, par conséquent, la vitesse de la particule brownienne varie de manière aléatoire en ampleur et en direction. Par conséquent, la particule brownienne se déplace le long d’un chemin en zigzag. De plus, plus la taille et la masse d’une particule brownienne sont petites, plus son mouvement devient perceptible.
En 1905, A. Einstein a créé la théorie du mouvement brownien, estimant qu'à tout moment donné, l'accélération d'une particule brownienne dépend du nombre de collisions avec les molécules du milieu, ce qui signifie qu'elle dépend du nombre de molécules par unité. volume du milieu, c'est-à-dire du numéro d'Avogadro. Einstein a dérivé une formule grâce à laquelle il était possible de calculer comment le carré moyen du déplacement d'une particule brownienne change au fil du temps, si l'on connaît la température du milieu, sa viscosité, la taille de la particule et le nombre d'Avogadro, qui était encore inconnu à cette époque. La validité de cette théorie d'Einstein a été confirmée expérimentalement par J. Perrin, qui fut le premier à obtenir la valeur du nombre d'Avogadro. Ainsi, l’analyse du mouvement brownien a jeté les bases de la théorie cinétique moléculaire moderne de la structure de la matière.
Questions de révision :
· Qu'est-ce que la diffusion et quel est son lien avec le mouvement thermique des molécules ?
· Qu'est-ce qu'on appelle le mouvement brownien, et est-il thermique ?
· Comment la nature du mouvement brownien change-t-elle lorsqu'il est chauffé ?
Riz. 20. (a) – la partie supérieure montre des molécules de deux gaz différents séparées par une cloison qui est retirée (voir partie inférieure), après quoi la diffusion commence ; (b) dans la partie inférieure gauche se trouve une représentation schématique d'une particule brownienne (bleue), entourée de molécules du milieu, avec lesquelles les collisions provoquent le déplacement de la particule (voir trois trajectoires de la particule).
§ 21. FORCES INTERMOLÉCULAIRES : STRUCTURE DES CORPS GAZEUX, LIQUIDES ET SOLIDES
Nous sommes habitués au fait que le liquide peut être versé d'un récipient à un autre et que le gaz remplit rapidement tout le volume qui lui est fourni. L’eau ne peut couler que le long du lit de la rivière et l’air au-dessus ne connaît pas de frontières. Si le gaz n'essayait pas d'occuper tout l'espace autour de nous, nous étoufferions, parce que... Le dioxyde de carbone que nous expirons s’accumulerait près de nous, nous empêchant de prendre une bouffée d’air frais. Oui, et les voitures s'arrêteraient bientôt pour la même raison, parce que... Ils ont également besoin d’oxygène pour brûler du carburant.
Pourquoi un gaz, contrairement à un liquide, remplit-il tout le volume qui lui est fourni ? Il existe des forces d'attraction intermoléculaires entre toutes les molécules, dont l'ampleur diminue très rapidement à mesure que les molécules s'éloignent les unes des autres, et donc à une distance égale à plusieurs diamètres moléculaires elles n'interagissent pas du tout. Il est facile de montrer que la distance entre les molécules de gaz voisines est plusieurs fois supérieure à celle d'un liquide. En utilisant la formule (19.3) et connaissant la densité de l'air (r=1,29 kg/m3) à pression atmosphérique et sa masse molaire (M=0,029 kg/mol), on peut calculer la distance moyenne entre les molécules d'air, qui sera égale à 6.1.10- 9 m, soit vingt fois la distance entre les molécules d'eau.
Ainsi, entre des molécules liquides situées presque proches les unes des autres, des forces attractives agissent, empêchant ces molécules de se disperser dans des directions différentes. Au contraire, les forces d'attraction insignifiantes entre les molécules de gaz ne sont pas capables de les maintenir ensemble et les gaz peuvent donc se dilater, remplissant tout le volume qui leur est fourni. L'existence de forces d'attraction intermoléculaires peut être vérifiée en réalisant une expérience simple : presser deux barres de plomb l'une contre l'autre. Si les surfaces de contact sont suffisamment lisses, les barres resteront collées entre elles et seront difficiles à séparer.
Cependant, les forces d’attraction intermoléculaires ne peuvent à elles seules expliquer toutes les différences entre les propriétés des substances gazeuses, liquides et solides. Pourquoi, par exemple, est-il très difficile de réduire le volume d’un liquide ou d’un solide, alors qu’il est relativement facile de comprimer un ballon ? Cela s'explique par le fait qu'il existe entre les molécules non seulement des forces attractives, mais également des forces répulsives intermoléculaires, qui agissent lorsque les couches électroniques des atomes des molécules voisines commencent à se chevaucher. Ce sont ces forces répulsives qui empêchent une molécule de pénétrer dans un volume déjà occupé par une autre molécule.
Lorsqu'aucune force externe n'agit sur un corps liquide ou solide, la distance entre leurs molécules est telle (voir r0 sur la figure 21a) à laquelle les forces d'attraction et de répulsion résultantes sont égales à zéro. Si vous essayez de réduire le volume d'un corps, la distance entre les molécules diminue et les forces répulsives accrues qui en résultent commencent à agir du côté du corps comprimé. Au contraire, lorsqu'un corps est étiré, les forces élastiques qui apparaissent sont associées à une augmentation relative des forces d'attraction, car lorsque les molécules s'éloignent les unes des autres, les forces répulsives diminuent beaucoup plus rapidement que les forces attractives (voir Fig. 21a).
Les molécules de gaz sont situées à des distances des dizaines de fois supérieures à leurs tailles, de sorte que ces molécules n'interagissent pas entre elles et que les gaz sont donc beaucoup plus facilement compressés que les liquides et les solides. Les gaz n'ont pas de structure spécifique et sont un ensemble de molécules en mouvement et en collision (voir Fig. 21b).
Un liquide est un ensemble de molécules presque étroitement adjacentes les unes aux autres (voir Fig. 21c). Le mouvement thermique permet à une molécule liquide de changer de voisines de temps en temps, sautant d'un endroit à un autre. Ceci explique la fluidité des liquides.
Les atomes et les molécules de solides sont privés de la capacité de changer leurs voisins et leur mouvement thermique n'est que de petites fluctuations par rapport à la position des atomes ou molécules voisins (voir Fig. 21d). L'interaction entre les atomes peut conduire au fait qu'un solide devient un cristal et que les atomes qu'il contient occupent des positions sur les sites du réseau cristallin. Puisque les molécules des corps solides ne bougent pas par rapport à leurs voisines, ces corps conservent leur forme.
Questions de révision :
· Pourquoi les molécules de gaz ne s'attirent-elles pas ?
· Quelles propriétés des corps déterminent les forces intermoléculaires de répulsion et d'attraction ?
Comment expliquez-vous la fluidité d’un liquide ?
· Pourquoi tous les solides conservent-ils leur forme ?
§ 22. GAZ IDÉAL. ÉQUATION DE BASE DE LA THÉORIE MOLÉCULAIRE-CINÉTIQUE DES GAZ.
Les solides sont les substances capables de former des corps et qui ont du volume. Ils diffèrent des liquides et des gaz par leur forme. Les solides conservent leur forme corporelle car leurs particules ne peuvent pas se déplacer librement. Ils diffèrent par leur densité, leur plasticité, leur conductivité électrique et leur couleur. Ils ont également d'autres propriétés. Par exemple, la plupart de ces substances fondent lors du chauffage et acquièrent un état d'agrégation liquide. Certains d'entre eux, lorsqu'ils sont chauffés, se transforment immédiatement en gaz (sublimés). Mais il y a aussi ceux qui se décomposent en d'autres substances.
Types de solides
Tous les solides sont divisés en deux groupes.
- Amorphe, dans lequel les particules individuelles sont disposées de manière aléatoire. En d’autres termes : ils n’ont pas de structure claire (définie). Ces solides sont capables de fondre dans une certaine plage de température. Les plus courants d'entre eux sont le verre et la résine.
- Cristallin, qui, à son tour, est divisé en 4 types : atomique, moléculaire, ionique, métallique. En eux, les particules sont localisées uniquement selon un certain modèle, à savoir aux nœuds du réseau cristallin. Sa géométrie dans différentes substances peut varier considérablement.
Les substances cristallines solides prédominent en nombre sur les substances amorphes.
Types de solides cristallins
A l’état solide, presque toutes les substances ont une structure cristalline. Ils se distinguent par leurs réseaux au niveau de leurs nœuds contenant diverses particules et éléments chimiques. C'est d'après eux qu'ils ont reçu leurs noms. Chaque type a des propriétés caractéristiques :
- Dans un réseau cristallin atomique, les particules d'un solide sont liées par des liaisons covalentes. Il se distingue par sa durabilité. Pour cette raison, ces substances ont un point d'ébullition élevé. Ce type comprend le quartz et le diamant.
- Dans un réseau cristallin moléculaire, les liaisons entre particules sont caractérisées par leur faiblesse. Les substances de ce type se caractérisent par leur facilité d'ébullition et de fusion. Ils se caractérisent par leur volatilité, ce qui leur confère une certaine odeur. Ces solides comprennent la glace et le sucre. Les mouvements des molécules dans les solides de ce type se distinguent par leur activité.
- Les particules correspondantes, chargées positivement et négativement, alternent aux nœuds. Ils sont maintenus ensemble par attraction électrostatique. Ce type de réseau existe dans les alcalis, les sels. De nombreuses substances de ce type sont facilement solubles dans l'eau. En raison de la liaison assez forte entre les ions, ils sont réfractaires. Presque tous sont inodores, car ils se caractérisent par leur non-volatilité. Les substances possédant un réseau ionique sont incapables de conduire le courant électrique car elles ne contiennent pas d’électrons libres. Un exemple typique de solide ionique est le sel de table. Ce réseau cristallin lui confère une fragilité. Cela est dû au fait que tout déplacement de celui-ci peut conduire à l’émergence de forces répulsives ioniques.
- Dans un réseau cristallin métallique, seuls des ions chimiques chargés positivement sont présents aux nœuds. Entre eux se trouvent des électrons libres, à travers lesquels l'énergie thermique et électrique passe parfaitement. C'est pourquoi tous les métaux se distinguent par une caractéristique telle que la conductivité.
Concepts généraux sur les solides
Les solides et les substances sont pratiquement la même chose. Ces termes font référence à l'un des 4 états d'agrégation. Les solides ont une forme stable et un modèle de mouvement thermique des atomes. De plus, ces derniers effectuent de petites oscillations à proximité des positions d'équilibre. La branche de la science qui étudie la composition et la structure interne est appelée physique du solide. Il existe d’autres domaines de connaissances importants concernant ces substances. Changer de forme sous des influences et des mouvements externes est appelé la mécanique d'un corps déformable.
En raison des différentes propriétés des solides, ils ont trouvé une application dans divers dispositifs techniques créés par l'homme. Le plus souvent, leur utilisation reposait sur des propriétés telles que la dureté, le volume, la masse, l’élasticité, la plasticité et la fragilité. La science moderne permet d'utiliser d'autres qualités de solides qui ne peuvent être détectées que dans des conditions de laboratoire.
Que sont les cristaux
Les cristaux sont des solides dont les particules sont disposées dans un certain ordre. Chacun a sa propre structure. Ses atomes forment un arrangement périodique tridimensionnel appelé réseau cristallin. Les solides ont des symétries de structure différentes. L’état cristallin d’un solide est considéré comme stable car il possède une quantité minimale d’énergie potentielle.
La grande majorité des solides sont constitués d’un grand nombre de grains individuels orientés de manière aléatoire (cristallites). Ces substances sont appelées polycristallines. Il s’agit notamment d’alliages et de métaux techniques, ainsi que de nombreuses roches. Les cristaux simples naturels ou synthétiques sont appelés monocristallins.
Le plus souvent, ces solides sont formés à partir de l’état de la phase liquide, représentée par une masse fondue ou une solution. Parfois, ils sont obtenus à l’état gazeux. Ce processus est appelé cristallisation. Grâce aux progrès scientifiques et technologiques, le procédé de culture (synthèse) de diverses substances a atteint une échelle industrielle. La plupart des cristaux ont une forme naturelle et leurs tailles varient considérablement. Ainsi, le quartz naturel (cristal de roche) peut peser jusqu'à des centaines de kilogrammes et les diamants jusqu'à plusieurs grammes.
Dans les solides amorphes, les atomes vibrent constamment autour de points situés au hasard. Ils conservent un certain ordre à courte portée, mais manquent d’ordre à longue portée. Cela est dû au fait que leurs molécules sont situées à une distance comparable à leur taille. L’exemple le plus courant d’un tel solide dans notre vie est l’état vitreux. souvent considéré comme un liquide à viscosité infiniment élevée. Le temps de leur cristallisation est parfois si long qu'elle n'apparaît pas du tout.
Ce sont les propriétés ci-dessus de ces substances qui les rendent uniques. Les solides amorphes sont considérés comme instables car ils peuvent devenir cristallins avec le temps.
Les molécules et les atomes qui composent un solide sont emballés à haute densité. Ils conservent pratiquement leur position relative par rapport aux autres particules et sont maintenus ensemble grâce à l'interaction intermoléculaire. La distance entre les molécules d’un solide dans différentes directions est appelée paramètre de réseau cristallin. La structure d'une substance et sa symétrie déterminent de nombreuses propriétés, telles que la bande électronique, le clivage et l'optique. Lorsqu'une substance solide est exposée à une force suffisamment importante, ces qualités peuvent être altérées à un degré ou à un autre. Dans ce cas, le corps solide est soumis à une déformation résiduelle.
Les atomes de solides subissent des mouvements vibratoires qui déterminent leur possession d'énergie thermique. Comme ils sont négligeables, ils ne peuvent être observés qu’en laboratoire. d'une substance solide affecte grandement ses propriétés.
Etude des solides
Les caractéristiques, les propriétés de ces substances, leurs qualités et le mouvement des particules sont étudiés dans divers sous-domaines de la physique du solide.
Les méthodes suivantes sont utilisées pour la recherche : radiospectroscopie, analyse structurelle par rayons X et autres méthodes. C'est ainsi que sont étudiées les propriétés mécaniques, physiques et thermiques des solides. La dureté, la résistance aux charges, la résistance à la traction, les transformations de phase sont étudiées par la science des matériaux. Cela présente de nombreux points communs avec la physique du solide. Il existe une autre science moderne importante. L'étude des substances existantes et la synthèse de nouvelles sont réalisées par la chimie du solide.
Caractéristiques des solides
La nature du mouvement des électrons externes des atomes d'une substance solide détermine bon nombre de ses propriétés, par exemple électriques. Il existe 5 classes de ces organismes. Ils sont fixés en fonction du type de liaison entre les atomes :
- Ionique dont la principale caractéristique est la force d’attraction électrostatique. Ses caractéristiques : réflexion et absorption de la lumière dans le domaine infrarouge. À basse température, les liaisons ioniques ont une faible conductivité électrique. Un exemple d'une telle substance est le sel de sodium de l'acide chlorhydrique (NaCl).
- Covalent, réalisé par une paire d'électrons appartenant aux deux atomes. Une telle liaison est divisée en : simple (simple), double et triple. Ces noms indiquent la présence de paires d'électrons (1, 2, 3). Les liaisons doubles et triples sont appelées multiples. Il existe une autre division de ce groupe. Ainsi, selon la distribution de la densité électronique, on distingue les liaisons polaires et non polaires. Le premier est formé d’atomes différents et le second d’atomes identiques. Cet état solide de la matière, dont les exemples sont le diamant (C) et le silicium (Si), se distingue par sa densité. Les cristaux les plus durs appartiennent précisément à la liaison covalente.
- Métallique, formé en combinant les électrons de valence des atomes. En conséquence, un nuage électronique général apparaît, qui se déplace sous l'influence de la tension électrique. Une liaison métallique se forme lorsque les atomes liés sont gros. Ce sont eux qui peuvent donner des électrons. Dans de nombreux métaux et composés complexes, cette liaison forme un état solide de la matière. Exemples : sodium, baryum, aluminium, cuivre, or. On peut noter les composés non métalliques suivants : AlCr 2, Ca 2 Cu, Cu 5 Zn 8. Les substances ayant des liaisons métalliques (métaux) ont des propriétés physiques variées. Ils peuvent être liquides (Hg), mous (Na, K), très durs (W, Nb).
- Moléculaire, présent dans des cristaux formés par des molécules individuelles d'une substance. Il se caractérise par des espaces entre molécules de densité électronique nulle. Les forces qui lient les atomes entre eux dans ces cristaux sont importantes. Dans ce cas, les molécules ne sont attirées les unes vers les autres que par une faible attraction intermoléculaire. C'est pourquoi les liens entre eux sont facilement détruits lorsqu'ils sont chauffés. Les connexions entre les atomes sont beaucoup plus difficiles à briser. La liaison moléculaire est divisée en liaison orientationnelle, dispersive et inductive. Un exemple d’une telle substance est le méthane solide.
- L'hydrogène, qui se produit entre les atomes polarisés positivement d'une molécule ou d'une partie de celle-ci et la plus petite particule polarisée négativement d'une autre molécule ou partie. De telles connexions incluent la glace.
Propriétés des solides
Que savons-nous aujourd’hui ? Les scientifiques étudient depuis longtemps les propriétés de l’état solide de la matière. Lorsqu’il est exposé aux températures, il change également. La transition d’un tel corps en liquide est appelée fusion. La transformation d’un solide à l’état gazeux est appelée sublimation. Lorsque la température diminue, le solide cristallise. Certaines substances sous l'influence du froid passent à la phase amorphe. Les scientifiques appellent ce processus la transition vitreuse.
Lorsque la structure interne des solides change. Il acquiert le plus grand ordre à mesure que la température diminue. À pression atmosphérique et température T > 0 K, toutes les substances existantes dans la nature se solidifient. Seul l'hélium, qui nécessite une pression de 24 atm pour cristalliser, fait exception à cette règle.
L'état solide d'une substance lui confère diverses propriétés physiques. Ils caractérisent le comportement spécifique des corps sous l'influence de certains champs et forces. Ces propriétés sont divisées en groupes. Il existe 3 modes d'influence, correspondant à 3 types d'énergie (mécanique, thermique, électromagnétique). En conséquence, il existe 3 groupes de propriétés physiques des solides :
- Propriétés mécaniques associées aux contraintes et à la déformation des corps. Selon ces critères, les solides sont divisés en élastiques, rhéologiques, de résistance et technologiques. Au repos, un tel corps conserve sa forme, mais il peut changer sous l'influence d'une force extérieure. Dans ce cas, sa déformation peut être plastique (la forme initiale ne revient pas), élastique (revient à sa forme initiale) ou destructrice (la désintégration/casse se produit lorsqu'un certain seuil est atteint). La réponse à la force appliquée est décrite par les modules élastiques. Un corps solide résiste non seulement à la compression et à la tension, mais également au cisaillement, à la torsion et à la flexion. La force d’un solide réside dans sa capacité à résister à la destruction.
- Thermique, se manifestant lorsqu'il est exposé à des champs thermiques. L’une des propriétés les plus importantes est le point de fusion auquel le corps passe à l’état liquide. On l'observe dans les solides cristallins. Les corps amorphes ont une chaleur de fusion latente, puisque leur transition vers l'état liquide se produit progressivement avec l'augmentation de la température. En atteignant une certaine chaleur, le corps amorphe perd son élasticité et acquiert de la plasticité. Cet état signifie qu’il a atteint la température de transition vitreuse. Lorsqu'il est chauffé, le corps solide se déforme. De plus, il s'agrandit le plus souvent. Quantitativement, cet état est caractérisé par un certain coefficient. La température corporelle affecte les caractéristiques mécaniques telles que la fluidité, la ductilité, la dureté et la résistance.
- Electromagnétique, associé à l'impact sur la matière solide de flux de microparticules et d'ondes électromagnétiques de haute rigidité. Ceux-ci incluent également les propriétés de rayonnement.
Structure des zones
Les solides sont également classés selon leur structure dite zonale. Ainsi, parmi eux il y a :
- Conducteurs caractérisés en ce que leurs bandes de conduction et de valence se chevauchent. Dans ce cas, les électrons peuvent se déplacer entre eux, recevant la moindre énergie. Tous les métaux sont considérés comme conducteurs. Lorsqu'une différence de potentiel est appliquée à un tel corps, un courant électrique se forme (en raison du libre mouvement des électrons entre les points ayant le potentiel le plus bas et le plus élevé).
- Diélectriques dont les zones ne se chevauchent pas. L'intervalle entre eux dépasse 4 eV. Pour conduire les électrons de la bande de valence à la bande de conduction, de grandes quantités d’énergie sont nécessaires. En raison de ces propriétés, les diélectriques ne conduisent pratiquement pas le courant.
- Semi-conducteurs caractérisés par l'absence de bandes de conduction et de valence. L'intervalle entre eux est inférieur à 4 eV. Pour transférer des électrons de la bande de valence à la bande de conduction, il faut moins d’énergie que pour les diélectriques. Les semi-conducteurs purs (non dopés et intrinsèques) laissent mal passer le courant.
Les mouvements des molécules dans les solides déterminent leurs propriétés électromagnétiques.
Autres propriétés
Les solides sont également classés selon leurs propriétés magnétiques. Il existe trois groupes :
- Diamagnétiques dont les propriétés dépendent peu de la température ou de l'état d'agrégation.
- Les para-aimants, qui sont une conséquence de l'orientation des électrons de conduction et des moments magnétiques des atomes. Selon la loi de Curie, leur susceptibilité diminue proportionnellement à la température. Donc, à 300 K, c'est 10 -5.
- Corps avec une structure magnétique ordonnée, possédant un ordre atomique à longue portée. Les particules possédant des moments magnétiques sont périodiquement localisées aux nœuds de leur réseau. Ces solides et substances sont souvent utilisés dans divers domaines de l’activité humaine.
Les substances les plus dures de la nature
Quels sont-ils? La densité des solides détermine en grande partie leur dureté. Ces dernières années, les scientifiques ont découvert plusieurs matériaux prétendant être le « corps le plus résistant ». La substance la plus dure est la fullérite (un cristal contenant des molécules de fullerène), qui est environ 1,5 fois plus dure que le diamant. Malheureusement, il n’est actuellement disponible qu’en très petites quantités.
Aujourd’hui, la substance la plus dure qui pourra être utilisée dans l’industrie à l’avenir est la lonsdalite (diamant hexagonal). Il est 58 % plus dur que le diamant. La Lonsdaleite est une modification allotropique du carbone. Son réseau cristallin est très similaire à celui du diamant. Une cellule de lonsdalite contient 4 atomes et un diamant - 8. Parmi les cristaux largement utilisés aujourd'hui, le diamant reste le plus dur.
1. Structure des corps gazeux, liquides et solides
La théorie de la cinétique moléculaire permet de comprendre pourquoi une substance peut exister à l'état gazeux, liquide et solide.
Des gaz. Dans les gaz, la distance entre les atomes ou les molécules est en moyenne plusieurs fois supérieure à la taille des molécules elles-mêmes ( Figure 8.5). Par exemple, à pression atmosphérique, le volume d’un récipient est des dizaines de milliers de fois supérieur au volume des molécules qu’il contient.
Les gaz sont facilement comprimés et la distance moyenne entre les molécules diminue, mais la forme de la molécule ne change pas ( Figure 8.6).
Les molécules se déplacent à des vitesses énormes – des centaines de mètres par seconde – dans l’espace. Lorsqu’ils entrent en collision, ils rebondissent dans des directions différentes comme des boules de billard. Les faibles forces d’attraction des molécules de gaz ne sont pas capables de les maintenir les unes à côté des autres. C'est pourquoi les gaz peuvent se dilater de manière illimitée. Ils ne conservent ni forme ni volume.
De nombreux impacts de molécules sur les parois du récipient créent une pression de gaz.
Liquides. Les molécules du liquide sont situées presque proches les unes des autres ( Figure 8.7), donc une molécule liquide se comporte différemment d’une molécule gazeuse. Dans les liquides, il existe un ordre dit à courte portée, c'est-à-dire que l'arrangement ordonné des molécules est maintenu sur des distances égales à plusieurs diamètres moléculaires. La molécule oscille autour de sa position d’équilibre et entre en collision avec les molécules voisines. Seulement de temps en temps, elle fait un autre « saut », se retrouvant dans une nouvelle position d'équilibre. Dans cette position d’équilibre, la force répulsive est égale à la force attractive, c’est-à-dire que la force d’interaction totale de la molécule est nulle. Temps vie sédentaire les molécules d'eau, c'est-à-dire le temps de ses vibrations autour d'une position d'équilibre spécifique à température ambiante, est en moyenne de 10 à 11 s. Le temps d'une oscillation est bien inférieur (10 -12 -10 -13 s). Avec l'augmentation de la température, le temps de séjour des molécules diminue.
La nature du mouvement moléculaire dans les liquides, établie pour la première fois par le physicien soviétique Ya.I. Frenkel, nous permet de comprendre les propriétés fondamentales des liquides.
Les molécules liquides sont situées directement les unes à côté des autres. À mesure que le volume diminue, les forces répulsives deviennent très importantes. Ceci explique faible compressibilité des liquides.
Comme on le sait, les liquides sont fluides, c'est-à-dire qu'ils ne conservent pas leur forme. Cela peut s’expliquer de cette façon. La force externe ne modifie pas sensiblement le nombre de sauts moléculaires par seconde. Mais les sauts de molécules d'une position stationnaire à une autre se produisent principalement dans la direction de la force externe ( Figure 8.8). C'est pourquoi le liquide s'écoule et prend la forme du récipient.
Solides. Les atomes ou molécules de solides, contrairement aux atomes et molécules de liquides, vibrent autour de certaines positions d'équilibre. Pour cette raison, les solides conserver non seulement le volume, mais aussi la forme. L'énergie potentielle d'interaction entre les molécules solides est nettement supérieure à leur énergie cinétique.
Il existe une autre différence importante entre les liquides et les solides. Un liquide peut être comparé à une foule de personnes, où des individus individuels se bousculent sans cesse, et un corps solide est comme une mince cohorte des mêmes individus qui, bien qu'ils ne soient pas au garde-à-vous, maintiennent en moyenne certaines distances entre eux. . Si vous reliez les centres des positions d'équilibre des atomes ou des ions d'un corps solide, vous obtenez un réseau spatial régulier appelé cristalline.
Les figures 8.9 et 8.10 montrent les réseaux cristallins du sel de table et du diamant. L’ordre interne dans la disposition des atomes dans les cristaux conduit à des formes géométriques externes régulières.
La figure 8.11 montre des diamants Yakoutes.
Dans un gaz, la distance l entre les molécules est bien supérieure à la taille des molécules 0 :" l>>r 0 .
Pour les liquides et les solides l≈r 0. Les molécules d’un liquide sont disposées en désordre et sautent de temps en temps d’une position stable à une autre.
Les solides cristallins ont des molécules (ou atomes) disposées de manière strictement ordonnée.
2. Gaz parfait dans la théorie de la cinétique moléculaire
L'étude de n'importe quel domaine de la physique commence toujours par l'introduction d'un certain modèle, dans le cadre duquel une étude plus approfondie a lieu. Par exemple, lorsque nous étudiions la cinématique, le modèle du corps était un point matériel, etc. Comme vous l'avez peut-être deviné, le modèle ne correspondra jamais aux processus réellement en cours, mais il se rapproche souvent de cette correspondance.
La physique moléculaire, et en particulier la MCT, ne fait pas exception. De nombreux scientifiques ont travaillé sur le problème de la description du modèle depuis le XVIIIe siècle : M. Lomonosov, D. Joule, R. Clausius (Fig. 1). Ce dernier a en effet introduit le modèle des gaz parfaits en 1857. Une explication qualitative des propriétés fondamentales d’une substance basée sur la théorie de la cinétique moléculaire n’est pas particulièrement difficile. Cependant, la théorie qui établit des liens quantitatifs entre les grandeurs mesurées expérimentalement (pression, température, etc.) et les propriétés des molécules elles-mêmes, leur nombre et leur vitesse de déplacement, est très complexe. Dans un gaz à pression normale, la distance entre les molécules est plusieurs fois supérieure à leurs dimensions. Dans ce cas, les forces d’interaction entre molécules sont négligeables et l’énergie cinétique des molécules est bien supérieure à l’énergie potentielle d’interaction. Les molécules de gaz peuvent être considérées comme des points matériels ou de très petites boules solides. Au lieu de vrai gaz, entre les molécules desquelles agissent des forces d'interaction complexes, nous le considérerons Le modèle est un gaz parfait.
Gaz parfait– un modèle gazeux, dans lequel les molécules de gaz et les atomes sont représentés sous la forme de très petites boules élastiques (de taille disparaissante) qui n'interagissent pas entre elles (sans contact direct), mais entrent seulement en collision (voir Fig. 2).
Il convient de noter que l’hydrogène raréfié (sous très basse pression) satisfait presque entièrement au modèle des gaz parfaits.
Riz. 2.
Gaz parfait est un gaz dans lequel l'interaction entre les molécules est négligeable. Naturellement, lorsque les molécules d’un gaz parfait entrent en collision, une force répulsive agit sur elles. Puisque l'on peut considérer les molécules de gaz, selon le modèle, comme des points matériels, on néglige les tailles des molécules, considérant que le volume qu'elles occupent est bien inférieur au volume du récipient.
Rappelons que dans un modèle physique, seules les propriétés d'un système réel sont prises en compte, dont la prise en compte est absolument nécessaire pour expliquer les comportements étudiés de ce système. Aucun modèle ne peut transmettre toutes les propriétés d’un système. Nous devons maintenant résoudre un problème assez restreint : utiliser la théorie de la cinétique moléculaire pour calculer la pression d'un gaz parfait sur les parois d'un récipient. Pour ce problème, le modèle des gaz parfaits s’avère tout à fait satisfaisant. Elle conduit à des résultats confirmés par l'expérience.
3. Pression du gaz dans la théorie de la cinétique moléculaire
Laissez le gaz être dans un récipient fermé. Le manomètre indique la pression du gaz p 0. Comment cette pression apparaît-elle ?
Chaque molécule de gaz frappant la paroi agit sur celle-ci avec une certaine force pendant une courte période de temps. En raison d'impacts aléatoires sur le mur, la pression change rapidement dans le temps, à peu près comme le montre la figure 8.12. Cependant, les effets provoqués par les impacts de molécules individuelles sont si faibles qu’ils ne sont pas enregistrés par un manomètre. Le manomètre enregistre la force moyenne dans le temps agissant sur chaque unité de surface de son élément sensible - la membrane. Malgré de légers changements de pression, la valeur moyenne de la pression p 0 s'avère pratiquement être une valeur tout à fait définie, car il y a beaucoup d'impacts sur le mur et les masses des molécules sont très petites.
Un gaz parfait est un modèle d’un gaz réel. Selon ce modèle, les molécules de gaz peuvent être considérées comme des points matériels dont l’interaction ne se produit que lorsqu’elles entrent en collision. Lorsque les molécules de gaz entrent en collision avec la paroi, elles exercent une pression sur celle-ci.
4. Micro- et macroparamètres du gaz
Nous pouvons maintenant commencer à décrire les paramètres d’un gaz parfait. Ils sont divisés en deux groupes :
Paramètres des gaz parfaits
Autrement dit, les microparamètres décrivent l'état d'une seule particule (microcorps) et les macroparamètres décrivent l'état de la partie entière du gaz (macrocorps). Écrivons maintenant la relation qui relie certains paramètres à d'autres, ou l'équation de base du MKT :
Ici : - vitesse moyenne de déplacement des particules ;
Définition. – concentration particules de gaz – le nombre de particules par unité de volume ; ; unité - .
5. Valeur moyenne du carré de la vitesse des molécules
Pour calculer la pression moyenne, il faut connaître la vitesse moyenne des molécules (plus précisément, la valeur moyenne du carré de la vitesse). Ce n’est pas une question simple. Vous êtes habitué au fait que chaque particule a une vitesse. La vitesse moyenne des molécules dépend du mouvement de toutes les particules.
Valeurs moyennes. Dès le début, il faut renoncer à tenter de retracer le mouvement de toutes les molécules qui composent le gaz. Ils sont trop nombreux et ils se déplacent très difficilement. Nous n'avons pas besoin de savoir comment chaque molécule se déplace. Nous devons découvrir à quel résultat conduit le mouvement de toutes les molécules de gaz.
La nature du mouvement de l'ensemble des molécules de gaz est connue par expérience. Les molécules s'engagent dans un mouvement (thermique) aléatoire. Cela signifie que la vitesse de n’importe quelle molécule peut être très grande ou très petite. La direction du mouvement des molécules change constamment à mesure qu’elles entrent en collision.
Les vitesses des molécules individuelles peuvent être quelconques, cependant moyenne la valeur du module de ces vitesses est bien précise. De même, la taille des élèves d'une classe n'est pas la même, mais sa moyenne est un certain nombre. Pour trouver ce nombre, vous devez additionner les tailles de chaque élève et diviser cette somme par le nombre d’élèves.
La valeur moyenne du carré de la vitesse.À l’avenir, nous aurons besoin de la valeur moyenne non pas de la vitesse elle-même, mais du carré de la vitesse. L'énergie cinétique moyenne des molécules dépend de cette valeur. Et l’énergie cinétique moyenne des molécules, comme nous le verrons bientôt, est très importante dans toute la théorie de la cinétique moléculaire.
Notons les modules de vitesse des molécules de gaz individuelles par . La valeur moyenne du carré de la vitesse est déterminée par la formule suivante :
Où N- le nombre de molécules dans le gaz.
Mais le carré du module de tout vecteur est égal à la somme des carrés de ses projections sur les axes de coordonnées BŒUF, OY, OZ. C'est pourquoi
Les valeurs moyennes des quantités peuvent être déterminées à l'aide de formules similaires à la formule (8.9). Entre la valeur moyenne et les valeurs moyennes des carrés de projections il existe la même relation que la relation (8.10) :
En effet, l'égalité (8.10) est valable pour chaque molécule. En additionnant ces égalités pour des molécules individuelles et en divisant les deux côtés de l'équation résultante par le nombre de molécules N, on arrive à la formule (8.11).
Attention! Puisque les directions des trois axes OH, OH Et once en raison du mouvement aléatoire des molécules, elles sont égales, les valeurs moyennes des carrés des projections de vitesse sont égales entre elles :
Vous voyez, un certain modèle émerge du chaos. Pourriez-vous comprendre cela par vous-même ?
Compte tenu de la relation (8.12), on substitue dans la formule (8.11) à la place de et . Alors pour le carré moyen de la projection de vitesse on obtient :
c'est-à-dire que le carré moyen de la projection de vitesse est égal à 1/3 du carré moyen de la vitesse elle-même. Le facteur 1/3 apparaît en raison de la tridimensionnalité de l'espace et, par conséquent, de l'existence de trois projections pour tout vecteur.
Les vitesses des molécules changent de manière aléatoire, mais le carré moyen de la vitesse est une valeur bien définie.
6. Équation de base de la théorie de la cinétique moléculaire
Passons à la dérivation de l’équation de base de la théorie cinétique moléculaire des gaz. Cette équation établit la dépendance de la pression du gaz sur l'énergie cinétique moyenne de ses molécules. Après la dérivation de cette équation au 19ème siècle. et la preuve expérimentale de sa validité a marqué le début du développement rapide de la théorie quantitative, qui se poursuit encore aujourd'hui.
Preuve de presque n'importe quelle affirmation en physique, la dérivation de n'importe quelle équation peut être effectuée avec différents degrés de rigueur et de conviction : très simplifiée, plus ou moins rigoureuse, ou avec toute la rigueur dont dispose la science moderne.
Une dérivation rigoureuse de l’équation de la théorie cinétique moléculaire des gaz est assez complexe. Par conséquent, nous nous limiterons à une dérivation schématique très simplifiée de l’équation. Malgré toutes les simplifications, le résultat sera correct.
Dérivation de l'équation de base. Calculons la pression du gaz sur le mur CD navire A B C D zone S, perpendiculaire à l'axe des coordonnées BŒUF (Figure 8.13).
Lorsqu'une molécule heurte une paroi, son élan change : . Puisque le module de vitesse des molécules lors de l'impact ne change pas, alors 
. Selon la deuxième loi de Newton, le changement de l'impulsion d'une molécule est égal à l'impulsion de la force agissant sur elle depuis la paroi du vaisseau, et selon la troisième loi de Newton, l'ampleur de l'impulsion de la force avec laquelle la la molécule agit sur le mur est la même. Par conséquent, à la suite de l'impact de la molécule, une force a été exercée sur la paroi dont l'impulsion est égale à .