Aká je vzdialenosť medzi molekulami v pevnom stave. Predmet

Príkladom najjednoduchšieho systému študovaného v molekulárnej fyzike je plynu. Podľa štatistického prístupu sa plyny považujú za systémy pozostávajúce z veľmi veľkého počtu častíc (až 10 26 m –3), ktoré sú v neustálom náhodnom pohybe. V molekulárnej kinetickej teórii používajú ideálny plynový model, podľa ktorého sa predpokladá, že:

1) vnútorný objem molekúl plynu je zanedbateľný v porovnaní s objemom nádoby;

2) medzi molekulami plynu nie sú žiadne interakčné sily;

3) zrážky molekúl plynu medzi sebou a so stenami nádoby sú absolútne elastické.

Odhadnime vzdialenosti medzi molekulami v plyne. Za normálnych podmienok (norma: р=1,03·10 5 Pa; t=0ºС) počet molekúl na jednotku objemu: . Potom priemerný objem na molekulu:

(m3).

Priemerná vzdialenosť medzi molekulami: m Priemerný priemer molekuly: d»3·10 -10 m Vnútorné rozmery molekuly sú malé v porovnaní so vzdialenosťou medzi nimi (10-krát). V dôsledku toho sú častice (molekuly) také malé, že ich možno prirovnať k hmotným bodom.

V plyne sú molekuly väčšinu času tak vzdialené, že interakčné sily medzi nimi sú prakticky nulové. Dá sa to považovať kinetická energia molekúl plynu je oveľa väčšia ako potenciálna energia, preto to posledné možno zanedbať.

Avšak vo chvíľach krátkodobej interakcie ( kolízie) interakčné sily môžu byť významné, čo vedie k výmene energie a hybnosti medzi molekulami. Zrážky slúžia ako mechanizmus, ktorým môže makrosystém prejsť z jedného energetického stavu, ktorý je mu za daných podmienok prístupný, do iného.

Model ideálneho plynu je možné použiť pri štúdiu reálnych plynov, pretože v podmienkach blízkych normálu (napríklad kyslík, vodík, dusík, oxid uhličitý, vodná para, hélium), ako aj pri nízkych tlakoch a vysokých teplotách vlastnosti sú blízke ideálnemu plynu.

Stav tela sa môže meniť pri zahrievaní, stláčaní, zmene tvaru, teda pri zmene akýchkoľvek parametrov. Existujú rovnovážne a nerovnovážne stavy systému. Rovnovážny stav je stav, v ktorom sa všetky parametre systému v priebehu času nemenia (inak je nerovnovážny stav) a neexistujú žiadne sily schopné meniť parametre.

Najdôležitejšími parametrami stavu sústavy sú hustota telesa (alebo prevrátená hodnota hustoty – špecifický objem), tlak a teplota. Hustota (r) je hmotnosť látky na jednotku objemu. Tlak (R- sila pôsobiaca na jednotku plochy telesa, smerujúca kolmo na tento povrch. Rozdiel teploty (DT) – miera odchýlky telies od stavu tepelnej rovnováhy. Existuje empirická a absolútna teplota. Empirická teplota (t) je miera odchýlky telies od stavu tepelnej rovnováhy s topiacim sa ľadom pod tlakom jednej fyzikálnej atmosféry. Prijatá merná jednotka je 1 stupeň Celzia(1 o C), ktorá je určená podmienkou, že topiacemu sa ľadu pri atmosférickom tlaku sa priradí 0 o C a vriacej vode pri rovnakom tlaku 100 o C, resp. Rozdiel medzi absolútnou a empirickou teplotou spočíva predovšetkým v tom, že absolútna teplota sa meria od extrémne nízkej teploty - absolútna nula, ktorá leží pod teplotou topenia ľadu o 273,16 o, tzn

R= f(V,T).

(6.2.2, b)

Poznač si to každý funkčný vzťah, ktorý spája termodynamické parametre ako (6.2.2,a), sa tiež nazýva stavová rovnica. Forma funkcie závislosti medzi parametrami ((6.2.2,a), (6.2.2,b)) sa určí experimentálne pre každú látku. Doteraz však bolo možné určiť stavovú rovnicu len pre plyny v riedkych stavoch a v približnej forme pre niektoré stlačené plyny.

Vzdialenosti medzi molekulami sú porovnateľné s veľkosťami molekúl (za normálnych podmienok).

kvapaliny, amorfné a kryštalické telesá
plyny a kvapaliny
plyny, kvapaliny a kryštalické pevné látky

V plynoch za normálnych podmienok je priemerná vzdialenosť medzi molekulami

približne rovný priemeru molekuly
menší ako priemer molekuly
približne 10-násobok priemeru molekuly
závisí od teploty plynu

Charakteristický je najmenší poriadok v usporiadaní častíc

kvapaliny
kryštalické telá
amorfné telesá

Vzdialenosť medzi susednými časticami hmoty je v priemere mnohonásobne väčšia ako veľkosť samotných častíc. Toto tvrdenie zodpovedá vzoru

iba modely štruktúry plynu
len modely stavby amorfných telies
modely štruktúry plynov a kvapalín
modely štruktúry plynov, kvapalín a pevných látok

Pri prechode vody z kvapalného do kryštalického stavu

vzdialenosť medzi molekulami sa zväčšuje
molekuly sa začnú navzájom priťahovať
zvyšuje sa usporiadanosť v usporiadaní molekúl
vzdialenosť medzi molekulami sa zmenšuje

Pri konštantnom tlaku sa koncentrácia molekúl plynu zvýšila 5-krát, ale jeho hmotnosť sa nezmenila. Priemerná kinetická energia translačného pohybu molekúl plynu

sa nezmenil
zvýšená 5-krát
znížil 5-krát
zvýšená o odmocninu z piatich

V tabuľke sú uvedené teploty topenia a varu niektorých látok:

látka	Teplota varu	látka	Teplota topenia

		naftalén

Vyberte správny výrok.

Teplota topenia ortuti je vyššia ako teplota varu éteru

Teplota varu alkoholu je nižšia ako teplota topenia ortuti

Teplota varu alkoholu je vyššia ako teplota topenia naftalénu

Teplota varu éteru je nižšia ako teplota topenia naftalénu

Teplota tuhej látky sa znížila o 17 ºС. Na absolútnej teplotnej škále táto zmena bola

1) 290 K 2) 256 K 3) 17 K 4) 0 K

9. Nádoba konštantného objemu obsahuje ideálny plyn v množstve 2 mol. Ako sa má zmeniť absolútna teplota nádoby s plynom, keď sa z nádoby uvoľní 1 mól plynu, aby sa tlak plynu na stenách nádoby zvýšil 2-krát?

1) zvýšiť 2-krát 3) zvýšiť 4-krát

2) znížiť o 2 krát 4) znížiť o 4 krát

10. Pri teplote T a tlaku p zaberá jeden mól ideálneho plynu objem V. Aký je objem toho istého plynu v množstve 2 móly pri tlaku 2p a teplote 2T?

1) 4V 2) 2V 3) V 4) 8V

11. Teplota vodíka odobratého v množstve 3 mol v nádobe sa rovná T. Aká je teplota kyslíka odobratého v množstve 3 mol v nádobe rovnakého objemu a pri rovnakom tlaku?

1) T 2) 8 T 3) 24 T 4) T/8

12. V nádobe uzavretej piestom je ideálny plyn. Na obrázku je znázornený graf závislosti tlaku plynu od teploty so zmenami jeho stavu. Aké skupenstvo plynu zodpovedá najmenšiemu objemu?

1) A 2) B 3) C 4) D

13. Nádoba konštantného objemu obsahuje ideálny plyn, ktorého hmotnosť sa mení. Diagram znázorňuje proces zmeny skupenstva plynu. V ktorom bode diagramu je hmotnosť plynu najväčšia?

1) A 2) B 3) C 4) D

14. Pri rovnakej teplote sa nasýtená para v uzavretej nádobe líši od nenasýtenej pary v tej istej nádobe

1) tlak

2) rýchlosť pohybu molekúl

3) priemerná energia chaotického pohybu molekúl

4) neprítomnosť cudzích plynov

15. Ktorý bod na diagrame zodpovedá maximálnemu tlaku plynu?

nie je možné dať presnú odpoveď

17. Balón s objemom 2500 metrov kubických s hmotnosťou plášťa 400 kg má na dne otvor, cez ktorý sa vzduch v balóne ohrieva pomocou horáka. Na akú minimálnu teplotu sa musí zahriať vzduch v balóne, aby balón vzlietol spolu s nákladom (koš a aeronaut) s hmotnosťou 200 kg? Teplota okolitého vzduchu je 7ºС, jeho hustota je 1,2 kg na meter kubický. Škrupina lopty sa považuje za neroztiahnuteľnú.

MCT a termodynamika

MCT a termodynamika

V tejto časti každá možnosť zahŕňala päť úloh s možnosťou výberu

odpoveď, z ktorých 4 sú základnej úrovne a 1 je pokročilá. Na základe výsledkov skúšok

Naučili sa tieto prvky obsahu:

Aplikácia Mendelejevovej-Clapeyronovej rovnice;

Závislosť tlaku plynu od koncentrácie molekúl a teploty;

Množstvo tepla počas vykurovania a chladenia (výpočet);

Vlastnosti prenosu tepla;

Relatívna vlhkosť vzduchu (výpočet);

Práca z termodynamiky (graf);

Aplikácia stavovej rovnice plynu.

Medzi úlohami základnej úrovne spôsobili ťažkosti tieto otázky:

1) Zmena vnútornej energie v rôznych izoprocesoch (napríklad s

izochorické zvýšenie tlaku) – 50 % dokončenie.

2) Izoprocesné grafy – 56 %.

Príklad 5.

V znázornenom procese je zahrnutá konštantná hmotnosť ideálneho plynu

na obrázku. V procese sa dosiahne najvyšší tlak plynu

1) v bode 1

2) v celom segmente 1–2

3) v bode 3

4) v celom segmente 2–3

odpoveď: 1

3) Stanovenie vlhkosti vzduchu – 50 %. Tieto úlohy obsahovali fotografiu

psychrometra, podľa ktorého bolo potrebné vykonať merania sucha a mokra

teplomery, a potom určiť vlhkosť vzduchu pomocou dielu

psychrometrická tabuľka uvedená v zadaní.

4) Aplikácia prvého zákona termodynamiky. Tieto úlohy sa ukázali ako najviac

ťažké medzi úlohami základnej úrovne pre túto sekciu – 45 %. Tu

bolo potrebné použiť graf a určiť typ izoprocesu

(boli použité izotermy alebo izochóry) a v súlade s tým

určiť jeden z parametrov na základe daného druhého.

Medzi úlohami pokročilej úrovne boli prezentované výpočtové problémy

aplikácia stavovej rovnice plynu, ktorá bola dokončená v priemere na 54 %

študentov, ako aj predtým používané úlohy na určenie zmien

parametre ideálneho plynu v ľubovoľnom procese. Vyrovnáva sa s nimi úspešne

len skupina silných absolventov a priemerná miera dokončenia bola 45 %.

Jedna takáto úloha je uvedená nižšie.

Príklad 6

Ideálny plyn je obsiahnutý v nádobe uzavretej piestom. Proces

zmeny skupenstva plynu sú znázornené na diagrame (pozri obrázok). Ako

zmenil sa objem plynu pri jeho prechode zo stavu A do stavu B?

1) sa neustále zvyšuje

2) neustále klesal

3) najprv zvýšená, potom znížená

4) najprv znížená, potom zvýšená

odpoveď: 1

Druhy činností Množstvo

úlohy %

fotky2 10-12 25,0-30,0

4. FYZIKA

4.1. Charakteristika kontrolných meracích materiálov vo fyzike

2007

Skúšobná práca na jednotnú štátnu skúšku v roku 2007 mala

rovnakú štruktúru ako počas predchádzajúcich dvoch rokov. Pozostávala zo 40 úloh,

líšia sa formou prezentácie a úrovňou zložitosti. V prvej časti práce

Zaradených bolo 30 úloh s možnosťou výberu z viacerých odpovedí, pričom každá úloha bola doplnená o

štyri možnosti odpovede, z ktorých iba jedna bola správna. Druhá časť obsahovala 4

úlohy s krátkymi odpoveďami. Po vyriešení to boli výpočtové problémy

ktorý vyžadoval uvedenie odpovede vo forme čísla. Tretia časť skúšky

práca - to je 6 výpočtových úloh, ku ktorým bolo potrebné priniesť komplet

podrobné riešenie. Celkový čas na dokončenie práce bol 210 minút.

Kodifikátor prvkov vzdelávacieho obsahu a špecifikácia

skúšobné práce boli zostavené na základe povinného minima

1999 č. 56) a zohľadnil federálnu zložku štátnej normy

stredné (úplné) vzdelanie fyziky, špecializačný stupeň (príkaz MO zo dňa 5

marec 2004 č. 1089). Kódovač prvku obsahu sa nezmenil podľa

v porovnaní s rokom 2006 a zahŕňala len tie prvky, ktoré boli súčasne

prítomné ako vo federálnej zložke štátnej normy

(úroveň profilu, 2004) a v Povinnom minimálnom obsahu

vzdelanie 1999

V porovnaní s kontrolnými meracími materiálmi z roku 2006 vo variantoch

V roku 2007 došlo k dvom zmenám v Jednotnej štátnej skúške. Prvým z nich bolo prerozdelenie

zadania v prvej časti práce na tematickom základe. Bez ohľadu na náročnosť

(základná alebo pokročilá úroveň), potom nasledovali všetky úlohy mechaniky

v MCT a termodynamike, elektrodynamike a napokon aj kvantovej fyzike. Po druhé

Zmena sa týkala cieleného zavedenia testovania úloh

formovanie metodických zručností. V roku 2007 preverili zručnosti úlohy A30

analyzovať výsledky experimentálnych štúdií vyjadrené vo forme

tabuľky alebo grafiku, ako aj zostaviť grafy na základe výsledkov experimentu. Výber

zadania pre linku A30 boli realizované na základe potreby overenia v tomto

rad možností pre jeden typ činnosti, a teda bez ohľadu na

tematická príslušnosť konkrétnej úlohy.

Skúšobná práca obsahovala úlohy základné, pokročilé

a vysoké úrovne obtiažnosti. Úlohy základnej úrovne preverili zvládnutie najviac

dôležité fyzikálne pojmy a zákony. Kontrolovali sa úlohy vyššej úrovne

schopnosť využívať tieto pojmy a zákony na analýzu zložitejších procesov resp

schopnosť riešiť problémy zahŕňajúce aplikáciu jedného alebo dvoch zákonov (vzorcov) podľa ktoréhokoľvek z

témy školského kurzu fyziky. Počítajú sa úlohy s vysokou úrovňou zložitosti

úlohy, ktoré odzrkadľujú úroveň požiadaviek na prijímacie skúšky na vysoké školy a

vyžadujú aplikáciu poznatkov z dvoch alebo troch úsekov fyziky naraz v upravenej resp

nová situácia.

KIM z roku 2007 obsahoval úlohy týkajúce sa celého základného obsahu

časti kurzu fyziky:

1) „Mechanika“ (kinematika, dynamika, statika, zákony zachovania v mechanike,

mechanické vibrácie a vlny);

2) „Molekulárna fyzika. Termodynamika";

3) „Elektrodynamika“ (elektrostatika, jednosmerný prúd, magnetické pole,

elektromagnetická indukcia, elektromagnetické kmitanie a vlny, optika);

4) „Kvantová fyzika“ (prvky STR, vlnovo-časticová dualita, fyzika

atóm, fyzika atómového jadra).

Tabuľka 4.1 zobrazuje rozdelenie úloh medzi bloky obsahu v každom z nich

z častí skúšobného listu.

Tabuľka 4.1

v závislosti od typu úloh

Všetky práce

(s možnosťou výberu

(so skratkou

úlohy % Množstvo

úlohy %

1 Mechanika 11-131 27,5-32,5 9-10 22,5-25,0 1 2,5 1-2 2,5-5,0

2 MCT a termodynamika 8-10 20,0-25,0 6-7 15,0-17,5 1 2,5 1-2 2,5-5,0

3 Elektrodynamika 12-14 30,0-35,5 9-10 22,5-15,0 2 5,0 2-3 5,0-7,5

4 Kvantová fyzika a

STO 6-8 15,0-20,0 5-6 12,5-15,0 – – 1-2 2,5-5,0

Tabuľka 4.2 zobrazuje rozdelenie úloh medzi bloky obsahu v

v závislosti od úrovne obtiažnosti.

Tabuľka4.2

Rozdelenie úloh podľa častí kurzu fyziky

v závislosti od úrovne obtiažnosti

Všetky práce

Základná úroveň

(s možnosťou výberu

Vyvýšený

(s výberom odpovede

a krátke

Vysoký stupeň

(s rozšíreným

časť odpovede)

úlohy % Množstvo

úlohy %

1 Mechanika 11-13 27,5-32,5 7-8 17,5-20,0 3 7,5 1-2 2,5-5,0

2 MCT a termodynamika 8-10 20,0-25,0 5-6 12,5-15,0 2 5,0 1-2 2,5-5,0

3 Elektrodynamika 12-14 30,0-35,5 7-8 17,5-20,0 4 10,0 2-3 5,0-7,5

4 Kvantová fyzika a

STO 6-8 15,0-20,0 4-5 10,0-12,5 1 2,5 1-2 2,5-5,0

Pri vypracovaní obsahu skúšobnej práce sme brali do úvahy

potreba testovať zvládnutie rôznych druhov činností. V čom

úlohy pre každú zo série možností boli vybrané s ohľadom na rozdelenie podľa typu

činnosti uvedené v tabuľke 4.3.

1 Zmena počtu úloh pri každej téme je spôsobená rôznymi témami komplexných úloh C6 a

úlohy A30, testovanie metodických zručností na základe materiálu z rôznych odvetví fyziky, in

rôzne série možností.

Tabuľka4.3

Rozdelenie úloh podľa druhu činnosti

Druhy činností Množstvo

úlohy %

1 Pochopiť fyzikálny význam modelov, konceptov, veličín 4-5 10,0-12,5

2 Vysvetliť fyzikálne javy, rozlíšiť vplyv rôznych

faktory na výskyt javov, prejavy javov v prírode resp

ich využitie v technických zariadeniach a každodennom živote

3 Aplikujte fyzikálne zákony (vzorce) na analýzu procesov na

úroveň kvality 6-8 15,0-20,0

4 Aplikujte fyzikálne zákony (vzorce) na analýzu procesov na

vypočítaná hladina 10-12 25,0-30,0

5 Analyzujte výsledky experimentálnych štúdií 1-2 2,5-5,0

6 Analyzujte informácie získané z grafov, tabuliek, diagramov,

fotky2 10-12 25,0-30,0

7 Riešiť úlohy rôznej úrovne zložitosti 13-14 32,5-35,0

Všetky úlohy prvej a druhej časti skúšobnej práce boli hodnotené 1

primárne skóre. Riešenia problémov v tretej časti (C1-C6) preverili dvaja experti v r

v súlade so všeobecnými hodnotiacimi kritériami s prihliadnutím na správnosť a

úplnosť odpovede. Maximálne skóre pre všetky úlohy s podrobnou odpoveďou bolo 3

bodov. Úloha sa považovala za vyriešenú, ak za ňu žiak získal aspoň 2 body.

Na základe bodov udelených za splnenie všetkých úloh skúšky

práce, bol preložený do „testovacích“ bodov na 100-bodovej škále a do známok

na päťbodovej stupnici. Tabuľka 4.4 ukazuje vzťahy medzi primárnymi,

výsledky testov pomocou päťbodového systému za posledné tri roky.

Tabuľka4.4

Primárny pomer skóre, výsledky testov a školské známky

Roky, body 2 3 4 5

2007 primárne 0-11 12-22 23-35 36-52

test 0-32 33-51 52-68 69-100

2006 primárne 0-9 10-19 20-33 34-52

test 0-34 35-51 52-69 70-100

2005 primárne 0-10 11-20 21-35 36-52

test 0-33 34-50 51-67 68-100

Porovnanie hraníc primárnych skóre ukazuje, že tento rok podmienky

získanie zodpovedajúcich známok bolo v porovnaní s rokom 2006 prísnejšie, ale

približne zodpovedalo podmienkam v roku 2005. Bolo to spôsobené tým, že v minulosti

ročníka absolvovali jednotnú skúšku z fyziky nielen tí, ktorí plánovali vstup na vysoké školy

v príslušnom profile, ale aj takmer 20 % študentov (z celkového počtu testujúcich),

ktorí študovali fyziku na základnej úrovni (pre nich bola táto skúška určená

región povinné).

Celkovo bolo na skúšku v roku 2007 pripravených 40 možností,

čo bolo päť sérií po 8 možností, vytvorených podľa rôznych plánov.

Séria možností sa líšila v ovládaných prvkoch obsahu a typoch

činnosti za rovnaký rad úloh, ale vo všeobecnosti mali všetky približne

2 V tomto prípade máme na mysli formu informácie prezentovanú v texte úlohy alebo distraktory,

preto tá istá úloha môže testovať dva typy aktivít.

rovnakú priemernú náročnosť a zodpovedali plánu skúšky

práce uvedené v prílohe 4.1.

4.2. Charakteristika účastníkov jednotnej štátnej skúšky z fyziky2007 roku

Na Jednotnú štátnu skúšku z fyziky sa tento rok prihlásilo 70 052 osôb, čo

výrazne nižšia ako v predchádzajúcom roku a približne v súlade s ukazovateľmi

2005 (pozri tabuľku 4.5). Počet krajov, v ktorých absolventi vykonali jednotnú štátnu skúšku

fyziky, vzrástol na 65. Počet absolventov, ktorí si vybrali fyziku vo formáte

Jednotná štátna skúška sa v rôznych regiónoch výrazne líši: od 5316 osôb. v republike

Tatarstan do 51 osôb v Neneckom autonómnom okruhu. V percentách

do celkového počtu absolventov sa počet účastníkov Jednotnej štátnej skúšky z fyziky pohybuje od

0,34 % v Moskve na 19,1 % v regióne Samara.

Tabuľka4.5

Počet účastníkov skúšky

Rok Číslo Dievčatá Chlapci

regiónoch

účastníci Počet % Počet %

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

Skúšku z fyziky si vyberajú prevažne mladí muži, a to len štvrtina

z celkového počtu účastníkov sú dievčatá, ktoré sa rozhodli pokračovať

vzdelávacie univerzity s fyzickým a technickým profilom.

Rozdelenie účastníkov skúšky podľa kategórií zostáva z roka na rok prakticky nezmenené.

typy sídiel (pozri tabuľku 4.6). Takmer polovica absolventov, ktorí vzali

Jednotná štátna skúška z fyziky, žije vo veľkých mestách a iba 20 % tvoria študenti, ktorí ju ukončili

vidiecke školy.

Tabuľka4.6

Rozdelenie účastníkov skúšky podľa typu vysporiadania, v ktorom

sa nachádzajú ich vzdelávacie inštitúcie

Počet skúšaných Percento

Typ lokality skúšaných

Vidiecka osada (dedina,

obec, usadlosť a pod.) 13 767 18 107 14 281 20,0 20,0 20,4

Mestské sídlisko

(pracovná dedina, mestská dedina

typ atď.)

4 780 8 325 4 805 6,9 9,2 6,9

Mesto s počtom obyvateľov menej ako 50 tisíc ľudí 7 427 10 810 7 965 10,8 12,0 11,4

Mesto s počtom obyvateľov 50-100 tisíc ľudí 6 063 8 757 7 088 8,8 9,7 10,1

Mesto s počtom obyvateľov 100-450 tisíc ľudí 16 195 17 673 14 630 23,5 19,5 20,9

Mesto s počtom obyvateľov 450-680 tisíc ľudí 7 679 11 799 7 210 11,1 13,1 10,3

Mesto s počtom obyvateľov viac ako 680 tisíc.

ľudí 13 005 14 283 13 807 18,9 15,8 19,7

Petrohrad – 72 7 – 0,1 0,01

Moskva – 224 259 – 0,2 0,3

Žiadne údaje – 339 – – 0,4 –

Celkom 68 916 90 389 70 052 100 % 100 % 100 %

3 V roku 2006 sa v jednom z krajov konali prijímacie skúšky na vysoké školy z fyziky len v r

Formát jednotnej štátnej skúšky. To malo za následok taký výrazný nárast počtu účastníkov jednotnej štátnej skúšky.

Zloženie účastníkov skúšky podľa typu vzdelania zostáva prakticky nezmenené.

inštitúcie (pozri tabuľku 4.7). Rovnako ako minulý rok veľká väčšina

z testovaných absolvovali všeobecné vzdelávacie inštitúcie a len asi 2 %

absolventi prišli na skúšku zo vzdelávacích inštitúcií základných resp

stredné odborné vzdelanie.

Tabuľka4.7

Rozdelenie účastníkov skúšky podľa typu vzdelávacej inštitúcie

číslo

vyšetruje

Percento

Typ vzdelávacej inštitúcie skúšaných

2006 G. 2007 G. 2006 G. 2007 G.

Všeobecné vzdelávacie inštitúcie 86 331 66 849 95,5 95,4

Večerné (zmenné) všeobecné vzdelávanie

inštitúcie 487 369 0,5 0,5

všeobecnovzdelávacia internátna škola,

kadetská škola, internát s

počiatočný letecký výcvik

1 144 1 369 1,3 2,0

Vzdelávacie inštitúcie základných a

stredné odborné vzdelanie 1 469 1 333 1,7 1,9

Žiadne údaje 958 132 1,0 0,2

Celkom: 90 389 70 052 100 % 100 %

4.3. Hlavné výsledky skúškového referátu z fyziky

Vo všeobecnosti výsledky skúšobnej práce v roku 2007 boli

mierne vyššie ako minuloročné výsledky, ale približne na rovnakej úrovni ako

čísla z predminulého roka. V tabuľke 4.8 sú uvedené výsledky Jednotnej štátnej skúšky z fyziky v roku 2007.

na päťbodovej škále a v tabuľke 4.9 a obr. 4.1 – na základe skóre testu 100-

bodová stupnica. Pre prehľadnosť porovnania sú výsledky uvedené v porovnaní s

predchádzajúce dva roky.

Tabuľka4.8

Rozdelenie účastníkov skúšky podľa úrovne

príprava(percento z celku)

Roky „2“ Známky „p3o“ 5 bodov „b4n“ na stupnici „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%

Tabuľka4.9

Rozdelenie účastníkov skúšky

na základe výsledkov testov získaných v2005-2007 yy.

Rok Interval stupnice skóre testu

výmena 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

Skóre testu

Percento študentov, ktorí dostali

zodpovedajúce skóre testu

Ryža. 4.1 Rozdelenie účastníkov skúšky podľa získaných výsledkov testov

Tabuľka 4.10 ukazuje porovnanie stupnice v testovacích bodoch zo 100

stupnice s výsledkami plnenia úloh skúšobnej verzie v prim

Tabuľka4.10

Porovnanie intervalov primárneho a testovacieho skóre v2007 rok

Interval mierky

testovacie body 0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100

Interval mierky

primárne body 0-3 4-6 7-10 11-15 16-22 23-29 30-37 38-44 45-48 49-52

Účastník testu získa 35 bodov (skóre 3, primárne skóre – 13).

Stačilo správne odpovedať na 13 najjednoduchších otázok prvej časti

práca. Na získanie 65 bodov (skóre 4, počiatočné skóre – 34) musí absolvent

bolo napríklad správne odpovedať na 25 otázok s možnosťou výberu z viacerých odpovedí, vyriešiť tri zo štyroch

problémy s krátkou odpoveďou a tiež vyrovnať sa s dvoma problémami na vysokej úrovni

ťažkosti. Tí, ktorí získali 85 bodov (skóre 5, primárne skóre – 46)

vykonal prvú a druhú časť práce dokonale a vyriešil aspoň štyri problémy

tretia časť.

Najlepší z najlepších (rozsah od 91 do 100 bodov) potrebujú nielen

voľne sa orientovať vo všetkých problémoch školského kurzu fyziky, ale aj prakticky

Vyhnite sa aj technickým chybám. Na získanie 94 bodov (primárne skóre

– 49) bolo možné „nezískať“ iba 3 primárne body, čo umožnilo napr.

aritmetické chyby pri riešení jedného z problémov vysokej úrovne zložitosti

vzdialenosti... medzi vonkajšie a vnútorné vplyvy a rozdiely podmienkyPre ... prinormálne tlak potom dosiahne 100° pri ... Pre jeho prevádzka vo veľkom veľkosti, Pre ...

Wiener norbert kybernetika druhé vydanie Wiener n kybernetika alebo riadenie a komunikácia u zvierat a strojov - 2. vydanie - m veda hlavné vydanie publikácií pre zahraničie 1983 - 344 s.

Dokument

Alebo porovnateľné ... Pre exekúcie normálne procesy myslenia. O taký podmienky ... veľkosť Pre spojovacie vedenia medzi rôzne konvolúcie vzdialenosť... z toho tie menšie molekuly zložky zmesi...

Wiener n kybernetika alebo riadenie a komunikácia u zvierat a strojov - 2. vydanie - m veda hlavná redakcia publikácií pre zahraničie 1983 - 344 s.

Dokument

Alebo porovnateľné ... Pre exekúcie normálne procesy myslenia. O taký podmienky ... veľkosť, ale s hladkým povrchom. Na druhej strane, Pre spojovacie vedenia medzi rôzne konvolúcie vzdialenosť... z toho tie menšie molekuly zložky zmesi...

Mnohé prírodné javy naznačujú chaotický pohyb mikročastíc, molekúl a atómov hmoty. Čím vyššia je teplota látky, tým je tento pohyb intenzívnejší. Preto je teplo telesa odrazom náhodného pohybu molekúl a atómov, ktoré ho tvoria.

Dôkazom toho, že všetky atómy a molekuly látky sú v neustálom a náhodnom pohybe, môže byť difúzia – vzájomné prenikanie častíc jednej látky do druhej (pozri obr. 20a). Vôňa sa tak rýchlo šíri po miestnosti aj pri absencii pohybu vzduchu. Kvapka atramentu rýchlo zafarbí celý pohár vody rovnomerne na čierno, aj keď by sa zdalo, že gravitácia by mala pomôcť zafarbiť sklo iba v smere zhora nadol. Difúziu možno zistiť aj v pevných látkach, ak sú pevne stlačené a ponechané dlhší čas. Fenomén difúzie ukazuje, že mikročastice látky sú schopné spontánneho pohybu vo všetkých smeroch. Tento pohyb mikročastíc látky, ako aj jej molekúl a atómov, sa nazýva tepelný pohyb.

Je zrejmé, že všetky molekuly vody v pohári sa pohybujú, aj keď v ňom nie je žiadna kvapka atramentu. Jednoducho, difúzia atramentu spôsobuje, že tepelný pohyb molekúl je viditeľný. Ďalším javom, ktorý umožňuje pozorovať tepelný pohyb a dokonca vyhodnocovať jeho charakteristiky, môže byť Brownov pohyb, ktorý označuje chaotický pohyb akýchkoľvek najmenších častíc v úplne pokojnej kvapaline viditeľnej mikroskopom. Pomenovali ju Brownian na počesť anglického botanika R. Browna, ktorý v roku 1827 skúmaním peľových spór jednej z rastlín suspendovaných vo vode mikroskopom zistil, že sa neustále a chaoticky pohybujú.

Brownove pozorovanie potvrdili mnohí ďalší vedci. Ukázalo sa, že Brownov pohyb nie je spojený ani s prúdmi v kvapaline, ani s jej postupným vyparovaním. Najmenšie častice (nazývali sa aj Brownove) sa správali ako živé a tento „tanec“ častíc sa zohrievaním kvapaliny a zmenšovaním veľkosti častíc zrýchľoval a naopak spomalil pri nahradení vody vodou. viskóznejšie médium. Brownov pohyb bol obzvlášť viditeľný, keď bol pozorovaný v plyne, napríklad sledovaním častíc dymu alebo kvapiek hmly vo vzduchu. Tento úžasný jav sa nikdy nezastavil a bolo ho možné pozorovať tak dlho, ako si želali.

Vysvetlenie Brownovho pohybu bolo podané až v poslednej štvrtine 19. storočia, keď bolo mnohým vedcom zrejmé, že pohyb Brownovej častice je spôsobený náhodnými dopadmi molekúl média (kvapaliny alebo plynu), ktoré prechádzajú tepelným pohybom ( pozri obr. 20b). V priemere molekuly média narážajú na Brownovu časticu zo všetkých smerov rovnakou silou, avšak tieto dopady sa nikdy navzájom presne nezrušia a v dôsledku toho sa rýchlosť Brownovej častice náhodne mení vo veľkosti a smere. Preto sa Brownova častica pohybuje po kľukatej dráhe. Navyše, čím menšia je veľkosť a hmotnosť Brownovej častice, tým je jej pohyb zreteľnejší.

V roku 1905 A. Einstein vytvoril teóriu Brownovho pohybu, pričom veril, že zrýchlenie Brownovej častice v každom danom okamihu závisí od počtu zrážok s molekulami média, čo znamená, že závisí od počtu molekúl na jednotku. objem média, t.j. z Avogadrovho čísla. Einstein odvodil vzorec, pomocou ktorého bolo možné vypočítať, ako sa mení stredná druhá mocnina posunu Brownovej častice v čase, ak poznáte teplotu média, jeho viskozitu, veľkosť častice a Avogadrove číslo, ktoré bolo stále v tom čase neznámy. Platnosť tejto Einsteinovej teórie experimentálne potvrdil J. Perrin, ktorý ako prvý získal hodnotu Avogadrovho čísla. Analýza Brownovho pohybu tak položila základy modernej molekulárnej kinetickej teórie štruktúry hmoty.

Kontrolné otázky:

· Čo je difúzia a ako súvisí s tepelným pohybom molekúl?

· Čo sa nazýva Brownov pohyb a je tepelný?

· Ako sa mení povaha Brownovho pohybu pri zahrievaní?

Ryža. 20. a) – horná časť zobrazuje molekuly dvoch rôznych plynov oddelené prepážkou, ktorá sa odstráni (pozri dolná časť), potom začne difúzia; (b) v ľavej dolnej časti je schematicky znázornená Brownova častica (modrá), obklopená molekulami média, ktorých zrážky spôsobujú pohyb častice (pozri tri trajektórie častice).

§ 21. MEDZIMOLEKULÁRNE SILY: ŠTRUKTÚRA PLYNNÝCH, KVAPALNÝCH A PEVNÝCH TĚLES

Sme zvyknutí na to, že kvapalina sa môže prelievať z jednej nádoby do druhej a plyn rýchlo vyplní celý objem, ktorý je jej k dispozícii. Voda môže prúdiť len korytom a vzduch nad ňou nepozná hraníc. Keby sa plyn nesnažil obsadiť všetok priestor okolo nás, udusili by sme sa, lebo... Oxid uhličitý, ktorý vydychujeme, by sa hromadil v našej blízkosti, čo by nám bránilo nadýchať sa čerstvého vzduchu. Áno, a autá by čoskoro zastavili z rovnakého dôvodu, pretože... Na spaľovanie paliva potrebujú aj kyslík.

Prečo plyn, na rozdiel od kvapaliny, vypĺňa celý objem, ktorý je mu poskytnutý? Medzi všetkými molekulami existujú medzimolekulové príťažlivé sily, ktorých veľkosť veľmi rýchlo klesá, keď sa molekuly od seba vzďaľujú, a preto na vzdialenosť rovnajúcu sa niekoľkým priemerom molekúl vôbec neinteragujú. Je ľahké ukázať, že vzdialenosť medzi susednými molekulami plynu je mnohonásobne väčšia ako vzdialenosť kvapaliny. Pomocou vzorca (19.3) a poznaním hustoty vzduchu (r=1,29 kg/m3) pri atmosférickom tlaku a jeho molárnej hmotnosti (M=0,029 kg/mol) môžeme vypočítať priemernú vzdialenosť medzi molekulami vzduchu, ktorá sa bude rovnať 6.1.10- 9 m, čo je dvadsaťnásobok vzdialenosti medzi molekulami vody.

Medzi molekulami kvapaliny umiestnenými takmer blízko seba teda pôsobia príťažlivé sily, ktoré bránia týmto molekulám rozptyľovať sa v rôznych smeroch. Naopak, nepatrné príťažlivé sily medzi molekulami plynu ich nedokážu udržať pohromade, a preto sa plyny môžu rozpínať a naplniť celý objem, ktorý im je poskytnutý. Existenciu medzimolekulových príťažlivých síl možno overiť vykonaním jednoduchého experimentu – stlačením dvoch olovených tyčí proti sebe. Ak sú kontaktné plochy dostatočne hladké, tyče sa zlepia a bude ťažké ich oddeliť.

Samotné medzimolekulové príťažlivé sily však nedokážu vysvetliť všetky rozdiely medzi vlastnosťami plynných, kvapalných a pevných látok. Prečo je napríklad veľmi ťažké zmenšiť objem kvapaliny alebo pevnej látky, ale stlačiť balón je pomerne jednoduché? Vysvetľuje sa to tým, že medzi molekulami sú nielen príťažlivé sily, ale aj medzimolekulové odpudivé sily, ktoré pôsobia, keď sa elektrónové obaly atómov susedných molekúl začnú prekrývať. Práve tieto odpudivé sily bránia jednej molekule preniknúť do objemu, ktorý už zaberá iná molekula.

Keď na kvapalné alebo pevné teleso nepôsobia žiadne vonkajšie sily, vzdialenosť medzi ich molekulami je taká (pozri r0 na obr. 21a), pri ktorej sú výsledné sily príťažlivosti a odpudzovania rovné nule. Ak sa pokúsite zmenšiť objem telesa, vzdialenosť medzi molekulami sa zníži a výsledné zvýšené odpudivé sily začnú pôsobiť zo strany stlačeného telesa. Naopak, keď je teleso natiahnuté, vznikajúce elastické sily sú spojené s relatívnym zvýšením príťažlivých síl, pretože keď sa molekuly od seba vzďaľujú, odpudivé sily padajú oveľa rýchlejšie ako príťažlivé sily (pozri obr. 21a).

Molekuly plynu sa nachádzajú vo vzdialenostiach desaťkrát väčších, ako sú ich veľkosti, v dôsledku čoho tieto molekuly navzájom neinteragujú, a preto sa plyny oveľa ľahšie stláčajú ako kvapaliny a pevné látky. Plyny nemajú žiadnu špecifickú štruktúru a sú súborom pohybujúcich sa a zrážajúcich sa molekúl (pozri obr. 21b).

Kvapalina je súbor molekúl, ktoré sú takmer blízko seba (pozri obr. 21c). Tepelný pohyb umožňuje molekule kvapaliny z času na čas zmeniť svojich susedov a skákať z jedného miesta na druhé. To vysvetľuje tekutosť kvapalín.

Atómy a molekuly pevných látok sú zbavené schopnosti meniť svojich susedov a ich tepelný pohyb je len malými výkyvmi vzhľadom na polohu susedných atómov alebo molekúl (pozri obr. 21d). Interakcia medzi atómami môže viesť k tomu, že pevná látka sa stane kryštálom a atómy v nej obsadzujú pozície v miestach kryštálovej mriežky. Keďže molekuly pevných telies sa voči svojim susedom nepohybujú, tieto telesá si zachovávajú svoj tvar.

Kontrolné otázky:

· Prečo sa molekuly plynu navzájom nepriťahujú?

· Aké vlastnosti telies určujú medzimolekulové sily odpudzovania a príťažlivosti?

Ako vysvetľujete tekutosť kvapaliny?

· Prečo si všetky pevné látky zachovávajú svoj tvar?

§ 22. IDEÁLNY PLYN. ZÁKLADNÁ ROVNICE MOLEKULÁRNE KINETICKEJ TEÓRIE PLYNOV.

Pevné látky sú látky, ktoré sú schopné tvoriť telesá a majú objem. Od kvapalín a plynov sa líšia svojim tvarom. Pevné látky si zachovávajú svoj tvar tela, pretože ich častice sa nemôžu voľne pohybovať. Líšia sa svojou hustotou, plasticitou, elektrickou vodivosťou a farbou. Majú aj iné vlastnosti. Napríklad väčšina týchto látok sa počas zahrievania topí a získava tekutý stav agregácie. Niektoré z nich sa po zahriatí okamžite premenia na plyn (sublimujú). Ale sú aj také, ktoré sa rozkladajú na iné látky.

Druhy pevných látok

Všetky pevné látky sú rozdelené do dvoch skupín.

Amorfný, v ktorom sú jednotlivé častice usporiadané náhodne. Inými slovami: nemajú jasnú (definovanú) štruktúru. Tieto pevné látky sú schopné topiť sa v určitom teplotnom rozsahu. Medzi najčastejšie z nich patrí sklo a živica.
Kryštalické, ktoré sú zase rozdelené do 4 typov: atómové, molekulárne, iónové, kovové. V nich sú častice umiestnené iba podľa určitého vzoru, a to v uzloch kryštálovej mriežky. Jeho geometria v rôznych látkach sa môže značne líšiť.

Pevné kryštalické látky prevažujú nad amorfnými látkami v ich počte.

Typy kryštalických pevných látok

V pevnom stave majú takmer všetky látky kryštalickú štruktúru. Vyznačujú sa mriežkami v uzloch obsahujúcich rôzne častice a chemické prvky. V súlade s nimi dostali svoje mená. Každý typ má charakteristické vlastnosti:

V atómovej kryštálovej mriežke sú častice pevnej látky spojené kovalentnými väzbami. Vyniká svojou odolnosťou. Vďaka tomu majú takéto látky vysoký bod varu. Tento typ zahŕňa kremeň a diamant.
V molekulárnej kryštálovej mriežke sú väzby medzi časticami charakterizované ich slabosťou. Látky tohto typu sa vyznačujú ľahkosťou varu a topenia. Vyznačujú sa prchavosťou, vďaka ktorej majú určitý zápach. Medzi takéto pevné látky patrí ľad a cukor. Pohyby molekúl v pevných látkach tohto typu sa vyznačujú svojou aktivitou.
V uzloch sa striedajú zodpovedajúce častice, nabité kladne a záporne. Drží ich pohromade elektrostatická príťažlivosť. Tento typ mriežky existuje v zásadách, soliach.Mnohé látky tohto typu sú ľahko rozpustné vo vode. Vďaka pomerne silnej väzbe medzi iónmi sú žiaruvzdorné. Takmer všetky sú bez zápachu, pretože sa vyznačujú neprchavosťou. Látky s iónovou mriežkou nie sú schopné viesť elektrický prúd, pretože neobsahujú voľné elektróny. Typickým príkladom iónovej pevnej látky je kuchynská soľ. Táto krištáľová mriežka mu dodáva krehkosť. Je to spôsobené tým, že akýkoľvek jeho posun môže viesť k vzniku síl odpudzujúcich ióny.
V kovovej kryštálovej mriežke sú v uzloch prítomné iba kladne nabité chemické ióny. Medzi nimi sú voľné elektróny, ktorými dokonale prechádza tepelná a elektrická energia. Preto sa akékoľvek kovy vyznačujú takou vlastnosťou, ako je vodivosť.

Všeobecné pojmy o pevných látkach

Pevné látky a látky sú prakticky to isté. Tieto výrazy označujú jeden zo 4 stavov agregácie. Pevné látky majú stabilný tvar a vzor tepelného pohybu atómov. Okrem toho tieto vykonávajú malé oscilácie v blízkosti rovnovážnych polôh. Vedecký odbor, ktorý študuje zloženie a vnútornú štruktúru, sa nazýva fyzika pevných látok. Existujú ďalšie dôležité oblasti vedomostí, ktoré sa zaoberajú takýmito látkami. Zmena tvaru pod vonkajšími vplyvmi a pohybom sa nazýva mechanika deformovateľného telesa.

Pre rozdielne vlastnosti pevných látok našli uplatnenie v rôznych technických zariadeniach vytvorených človekom. Najčastejšie sa ich použitie zakladalo na vlastnostiach ako tvrdosť, objem, hmotnosť, elasticita, plasticita, krehkosť. Moderná veda umožňuje využiť aj iné kvality pevných látok, ktoré možno zistiť len v laboratórnych podmienkach.

Čo sú kryštály

Kryštály sú pevné látky s časticami usporiadanými v určitom poradí. Každý má svoju štruktúru. Jeho atómy tvoria trojrozmerné periodické usporiadanie nazývané kryštálová mriežka. Pevné látky majú rôznu štruktúrnu symetriu. Kryštalický stav tuhej látky sa považuje za stabilný, pretože má minimálne množstvo potenciálnej energie.

Prevažná väčšina pevných látok pozostáva z obrovského množstva náhodne orientovaných jednotlivých zŕn (kryštalitov). Takéto látky sa nazývajú polykryštalické. Patria sem technické zliatiny a kovy, ako aj mnohé horniny. Jednotlivé prírodné alebo syntetické kryštály sa nazývajú monokryštalické.

Najčastejšie takéto tuhé látky vznikajú zo stavu kvapalnej fázy, ktorú predstavuje tavenina alebo roztok. Niekedy sa získavajú z plynného skupenstva. Tento proces sa nazýva kryštalizácia. Vďaka vedeckému a technologickému pokroku sa postup pestovania (syntetizácie) rôznych látok dostal do priemyselného rozsahu. Väčšina kryštálov má prirodzený tvar ako Ich veľkosti sa veľmi líšia. Prírodný kremeň (horský krištáľ) teda môže vážiť až stovky kilogramov a diamanty až niekoľko gramov.

V amorfných pevných látkach sú atómy v konštantnej vibrácii okolo náhodne umiestnených bodov. Zachovávajú si určité poradie na krátke vzdialenosti, ale chýba im poradie na veľké vzdialenosti. Je to spôsobené tým, že ich molekuly sú umiestnené vo vzdialenosti, ktorú možno porovnať s ich veľkosťou. Najčastejším príkladom takejto pevnej látky v našom živote je sklovitý stav. často považovaná za kvapalinu s nekonečne vysokou viskozitou. Čas ich kryštalizácie je niekedy taký dlhý, že sa vôbec neprejaví.

Práve vyššie uvedené vlastnosti týchto látok ich robia jedinečnými. Amorfné pevné látky sa považujú za nestabilné, pretože sa môžu časom stať kryštalickými.

Molekuly a atómy, ktoré tvoria pevnú látku, sú balené vo vysokej hustote. Prakticky si zachovávajú svoju relatívnu polohu voči iným časticiam a sú držané pohromade vďaka medzimolekulárnej interakcii. Vzdialenosť medzi molekulami tuhej látky v rôznych smeroch sa nazýva parameter kryštálovej mriežky. Štruktúra látky a jej symetria určujú mnohé vlastnosti, ako je elektronické pásmo, štiepenie a optika. Keď je pevná látka vystavená dostatočne veľkej sile, tieto vlastnosti sa môžu do tej či onej miery zhoršiť. V tomto prípade je pevné teleso vystavené zvyškovej deformácii.

Atómy pevných látok podliehajú vibračným pohybom, ktoré určujú ich vlastníctvo tepelnej energie. Keďže sú zanedbateľné, možno ich pozorovať iba v laboratórnych podmienkach. tuhej látky výrazne ovplyvňuje jej vlastnosti.

Štúdium pevných látok

Vlastnosti, vlastnosti týchto látok, ich vlastnosti a pohyb častíc sa študujú v rôznych podoblastiach fyziky pevných látok.

Na výskum sa používajú tieto metódy: rádiová spektroskopia, štruktúrna analýza pomocou röntgenového žiarenia a iné metódy. Takto sa študujú mechanické, fyzikálne a tepelné vlastnosti pevných látok. Tvrdosť, odolnosť voči zaťaženiu, pevnosť v ťahu, fázové premeny študuje materiálová veda. Má veľa spoločného s fyzikou pevných látok. Existuje aj iná dôležitá moderná veda. Štúdium existujúcich látok a syntéza nových sa uskutočňuje chémiou v tuhom stave.

Vlastnosti pevných látok

Povaha pohybu vonkajších elektrónov atómov tuhej látky určuje mnohé z jej vlastností, napríklad elektrických. Existuje 5 tried takýchto orgánov. Sú nastavené v závislosti od typu väzby medzi atómami:

Iónové, ktorých hlavnou charakteristikou je sila elektrostatickej príťažlivosti. Jeho vlastnosti: odraz a absorpcia svetla v infračervenej oblasti. Pri nízkych teplotách majú iónové väzby nízku elektrickú vodivosť. Príkladom takejto látky je sodná soľ kyseliny chlorovodíkovej (NaCl).
Kovalentný, uskutočňovaný elektrónovým párom, ktorý patrí obom atómom. Takáto väzba sa delí na: jednoduchú (jednoduchú), dvojitú a trojitú. Tieto názvy označujú prítomnosť párov elektrónov (1, 2, 3). Dvojité a trojité väzby sa nazývajú násobky. Existuje ďalšie rozdelenie tejto skupiny. V závislosti od rozloženia hustoty elektrónov sa teda rozlišujú polárne a nepolárne väzby. Prvý je tvorený rôznymi atómami a druhý rovnakými. Tento pevný stav hmoty, ktorého príkladmi sú diamant (C) a kremík (Si), sa vyznačuje svojou hustotou. Najtvrdšie kryštály patria práve do kovalentnej väzby.
Kovové, vznikajúce spojením valenčných elektrónov atómov. V dôsledku toho sa objavuje všeobecný elektrónový oblak, ktorý sa posúva pod vplyvom elektrického napätia. Kovová väzba vzniká, keď sú viazané atómy veľké. Sú to tí, ktorí môžu darovať elektróny. V mnohých kovoch a komplexných zlúčeninách tvorí táto väzba pevné skupenstvo hmoty. Príklady: sodík, bárium, hliník, meď, zlato. Je možné zaznamenať nasledujúce nekovové zlúčeniny: AlCr 2, Ca 2 Cu, Cu 5 Zn 8. Látky s kovovými väzbami (kovy) majú rôzne fyzikálne vlastnosti. Môžu byť tekuté (Hg), mäkké (Na, K), veľmi tvrdé (W, Nb).
Molekulárne, vyskytujúce sa v kryštáloch, ktoré sú tvorené jednotlivými molekulami látky. Vyznačuje sa medzerami medzi molekulami s nulovou elektrónovou hustotou. Sily, ktoré spájajú atómy v takýchto kryštáloch, sú významné. V tomto prípade sú molekuly k sebe priťahované len slabou medzimolekulovou príťažlivosťou. Preto sa pri zahrievaní ľahko zničia väzby medzi nimi. Spojenia medzi atómami sa lámu oveľa ťažšie. Molekulové väzby sa delia na orientačné, disperzné a indukčné. Príkladom takejto látky je tuhý metán.
Vodík, ktorý sa vyskytuje medzi pozitívne polarizovanými atómami molekuly alebo jej časti a negatívne polarizovanou najmenšou časticou inej molekuly alebo časti. Medzi takéto spojenia patrí ľad.

Vlastnosti pevných látok

Čo vieme dnes? Vedci už dlho skúmali vlastnosti pevného skupenstva hmoty. Pri vystavení teplotám sa tiež mení. Prechod takéhoto telesa na kvapalinu sa nazýva topenie. Premena tuhej látky na plynné skupenstvo sa nazýva sublimácia. Keď teplota klesá, pevná látka kryštalizuje. Niektoré látky vplyvom chladu prechádzajú do amorfnej fázy. Vedci tento proces nazývajú sklený prechod.

Keď sa zmení vnútorná štruktúra pevných látok. Najväčšie poradie nadobúda pri znižovaní teploty. Pri atmosférickom tlaku a teplote T > 0 K tuhnú všetky látky existujúce v prírode. Výnimkou z tohto pravidla je iba hélium, ktoré na kryštalizáciu vyžaduje tlak 24 atm.

Pevné skupenstvo látky jej dáva rôzne fyzikálne vlastnosti. Charakterizujú špecifické správanie telies pod vplyvom určitých polí a síl. Tieto vlastnosti sú rozdelené do skupín. Existujú 3 spôsoby ovplyvnenia, ktoré zodpovedajú 3 druhom energie (mechanická, tepelná, elektromagnetická). Podľa toho existujú 3 skupiny fyzikálnych vlastností pevných látok:

Mechanické vlastnosti spojené s napätím a deformáciou telies. Podľa týchto kritérií sa tuhé látky delia na elastické, reologické, pevnostné a technologické. V pokoji si takéto teleso zachováva svoj tvar, ale vplyvom vonkajšej sily sa môže meniť. V tomto prípade môže byť jeho deformácia plastická (pôvodná forma sa nevracia), elastická (vracia sa do pôvodného tvaru) alebo deštruktívna (pri dosiahnutí určitého prahu dochádza k rozpadu/zlomeniu). Odozva na aplikovanú silu je opísaná modulmi pružnosti. Pevné telo odoláva nielen tlaku a ťahu, ale aj šmyku, krúteniu a ohýbaniu. Sila pevnej látky je jej schopnosť odolávať zničeniu.
Tepelné, prejavujúce sa pri vystavení tepelným poliam. Jednou z najdôležitejších vlastností je teplota topenia, pri ktorej sa teleso mení na tekuté skupenstvo. Pozoruje sa v kryštalických tuhých látkach. Amorfné telesá majú latentné teplo topenia, pretože ich prechod do kvapalného stavu nastáva postupne so zvyšujúcou sa teplotou. Pri dosiahnutí určitého tepla stráca amorfné teleso svoju elasticitu a nadobúda plasticitu. Tento stav znamená, že dosiahol teplotu skleného prechodu. Pri zahrievaní sa pevné teleso deformuje. Navyše sa najčastejšie rozširuje. Kvantitatívne je tento stav charakterizovaný určitým koeficientom. Telesná teplota ovplyvňuje mechanické vlastnosti, ako je tekutosť, ťažnosť, tvrdosť a pevnosť.
Elektromagnetické, spojené s dopadom tokov mikročastíc a elektromagnetických vĺn s vysokou tuhosťou na pevnú látku. Patria sem aj radiačné vlastnosti.

Štruktúra zóny

Pevné látky sú tiež klasifikované podľa ich takzvanej zónovej štruktúry. Takže medzi nimi sú:

Vodiče vyznačujúce sa tým, že ich vodivé a valenčné pásy sa prekrývajú. V tomto prípade sa medzi nimi môžu pohybovať elektróny a prijímať najmenšiu energiu. Všetky kovy sa považujú za vodiče. Keď sa na takéto teleso aplikuje potenciálny rozdiel, vzniká elektrický prúd (v dôsledku voľného pohybu elektrónov medzi bodmi s najnižším a najvyšším potenciálom).
Dielektrika, ktorých zóny sa neprekrývajú. Interval medzi nimi presahuje 4 eV. Na vedenie elektrónov z valenčného pásma do vodivého pásma je potrebné veľké množstvo energie. Vďaka týmto vlastnostiam dielektrika prakticky nevedú prúd.
Polovodiče charakterizované absenciou vodivých a valenčných pásiem. Interval medzi nimi je menší ako 4 eV. Na prenos elektrónov z valenčného pásma do vodivého pásma je potrebné menej energie ako na dielektrikum. Čisté (nedopované a vlastné) polovodiče neprechádzajú dobre prúdom.

Pohyby molekúl v pevných látkach určujú ich elektromagnetické vlastnosti.

Iné vlastnosti

Pevné látky sú tiež klasifikované podľa ich magnetických vlastností. Existujú tri skupiny:

Diamagnety, ktorých vlastnosti málo závisia od teploty alebo stavu agregácie.
Paramagnety, ktoré sú dôsledkom orientácie vodivých elektrónov a magnetických momentov atómov. Podľa Curieho zákona ich náchylnosť klesá úmerne s teplotou. Takže pri 300 K je to 10 -5.
Telesá s usporiadanou magnetickou štruktúrou, ktoré majú atómový poriadok s dlhým dosahom. Častice s magnetickými momentmi sa periodicky nachádzajú v uzloch ich mriežky. Takéto pevné látky a látky sa často používajú v rôznych oblastiach ľudskej činnosti.

Najtvrdšie látky v prírode

Čo sú zač? Hustota pevných látok do značnej miery určuje ich tvrdosť. V posledných rokoch vedci objavili niekoľko materiálov, ktoré tvrdia, že sú „najsilnejším telom“. Najtvrdšou látkou je fullerit (kryštál s molekulami fullerénu), ktorý je približne 1,5-krát tvrdší ako diamant. Žiaľ, momentálne je dostupný len v extrémne malom množstve.

Dnes je najtvrdšou látkou, ktorá sa môže v budúcnosti v priemysle použiť, lonsdaleit (šesťhranný diamant). Je o 58% tvrdší ako diamant. Lonsdaleit je alotropická modifikácia uhlíka. Jeho kryštálová mriežka je veľmi podobná mriežke diamantu. Bunka lonsdaleitu obsahuje 4 atómy a diamant - 8. Z dnes široko používaných kryštálov zostáva diamant najtvrdším.

1. Štruktúra plynných, kvapalných a pevných telies

Molekulárna kinetická teória umožňuje pochopiť, prečo látka môže existovať v plynnom, kvapalnom a pevnom skupenstve.
Plyny. V plynoch je vzdialenosť medzi atómami alebo molekulami v priemere mnohonásobne väčšia ako veľkosť samotných molekúl ( Obr.8.5). Napríklad pri atmosférickom tlaku je objem nádoby desaťtisíckrát väčší ako objem molekúl v nej.

Plyny sa ľahko stláčajú a priemerná vzdialenosť medzi molekulami sa znižuje, ale tvar molekuly sa nemení ( Obr.8.6).

Molekuly sa vo vesmíre pohybujú obrovskou rýchlosťou - stovky metrov za sekundu. Keď sa zrazia, odrazia sa od seba rôznymi smermi ako biliardové gule. Slabé príťažlivé sily molekúl plynu ich nedokážu udržať blízko seba. Preto plyny môžu neobmedzene expandovať. Nezachovávajú si tvar ani objem.
Početné dopady molekúl na steny nádoby vytvárajú tlak plynu.

Kvapaliny. Molekuly kvapaliny sú umiestnené takmer blízko seba ( Obr.8.7), takže molekula kvapaliny sa správa inak ako molekula plynu. V kvapalinách existuje takzvané usporiadanie s krátkym dosahom, t. j. usporiadané usporiadanie molekúl sa udržiava na vzdialenosti rovnajúce sa niekoľkým priemerom molekúl. Molekula osciluje okolo svojej rovnovážnej polohy a zráža sa so susednými molekulami. Len z času na čas urobí ďalší „skok“ a dostane sa do novej rovnovážnej polohy. V tejto rovnovážnej polohe sa odpudivá sila rovná príťažlivej sile, t.j. celková interakčná sila molekuly je nulová. čas usadený život molekuly vody, t.j. čas jej vibrácií okolo jednej konkrétnej rovnovážnej polohy pri izbovej teplote je v priemere 10 -11 s. Čas jedného kmitu je oveľa kratší (10 -12 -10 -13 s). So zvyšujúcou sa teplotou sa doba zotrvania molekúl znižuje.

Povaha molekulárneho pohybu v kvapalinách, ktorú prvýkrát stanovil sovietsky fyzik Ya.I. Frenkel, nám umožňuje pochopiť základné vlastnosti kvapalín.
Molekuly kvapaliny sú umiestnené priamo vedľa seba. Keď sa objem zmenšuje, odpudivé sily sú veľmi veľké. Toto vysvetľuje nízka stlačiteľnosť kvapalín.
Ako je známe, kvapaliny sú tekuté, to znamená, že si nezachovávajú svoj tvar. Dá sa to vysvetliť takto. Vonkajšia sila výrazne nemení počet molekulárnych skokov za sekundu. Ale skoky molekúl z jednej stacionárnej polohy do druhej sa vyskytujú prevažne v smere vonkajšej sily ( Obr.8.8). To je dôvod, prečo kvapalina tečie a nadobúda tvar nádoby.

Pevné látky. Atómy alebo molekuly pevných látok, na rozdiel od atómov a molekúl kvapalín, vibrujú okolo určitých rovnovážnych polôh. Z tohto dôvodu pevné látky zachovať nielen objem, ale aj tvar. Potenciálna energia interakcie medzi pevnými molekulami je výrazne väčšia ako ich kinetická energia.
Existuje ďalší dôležitý rozdiel medzi kvapalinami a pevnými látkami. Kvapalina sa dá prirovnať k davu ľudí, kde sa jednotliví jednotlivci nepokojne tlačia na svojom mieste a pevné telo je ako štíhla kohorta tých istých jednotlivcov, ktorí, aj keď nestoja v pozore, udržiavajú medzi sebou v priemere určité vzdialenosti. . Ak spojíte stredy rovnovážnych polôh atómov alebo iónov tuhého telesa, dostanete pravidelnú priestorovú mriežku tzv. kryštalický.
Obrázky 8.9 a 8.10 zobrazujú kryštálové mriežky kuchynskej soli a diamantu. Vnútorný poriadok v usporiadaní atómov v kryštáloch vedie k pravidelným vonkajším geometrickým tvarom.

Obrázok 8.11 ukazuje jakutské diamanty.

V plyne je vzdialenosť l medzi molekulami oveľa väčšia ako veľkosť molekúl 0:" l>>r 0 .
Pre kvapaliny a tuhé látky l≈r 0. Molekuly kvapaliny sú usporiadané neusporiadane a z času na čas preskakujú z jednej ustálenej polohy do druhej.
Kryštalické pevné látky majú molekuly (alebo atómy) usporiadané striktne usporiadaným spôsobom.

2. Ideálny plyn v teórii molekulovej kinetiky

Štúdium akéhokoľvek odboru fyziky začína vždy predstavením určitého modelu, v rámci ktorého prebieha ďalšie štúdium. Napríklad, keď sme študovali kinematiku, model telesa bol hmotný bod atď. Ako ste možno uhádli, model nikdy nebude zodpovedať skutočne prebiehajúcim procesom, ale často sa k tejto zhode veľmi približuje.

Molekulárna fyzika, a najmä MCT, nie je výnimkou. Problémom opisu modelu pracovali mnohí vedci už od 18. storočia: M. Lomonosov, D. Joule, R. Clausius (obr. 1). Ten v skutočnosti predstavil model ideálneho plynu v roku 1857. Kvalitatívne vysvetlenie základných vlastností látky na základe molekulárnej kinetickej teórie nie je zvlášť náročné. Teória, ktorá stanovuje kvantitatívne súvislosti medzi experimentálne nameranými veličinami (tlak, teplota atď.) a vlastnosťami samotných molekúl, ich počtom a rýchlosťou pohybu, je však veľmi zložitá. V plyne pri normálnom tlaku je vzdialenosť medzi molekulami mnohonásobne väčšia ako ich rozmery. V tomto prípade sú interakčné sily medzi molekulami zanedbateľné a kinetická energia molekúl je oveľa väčšia ako potenciálna energia interakcie. Molekuly plynu si možno predstaviť ako hmotné body alebo veľmi malé pevné guľôčky. Namiesto skutočný plyn, medzi molekulami ktorých pôsobia komplexné interakčné sily, budeme uvažovať Model je ideálny plyn.

Ideálny plyn– model plynu, v ktorom sú molekuly plynu a atómy reprezentované vo forme veľmi malých (miznúcich veľkostí) elastických guľôčok, ktoré medzi sebou neinteragujú (bez priameho kontaktu), ale iba narážajú (pozri obr. 2).

Treba poznamenať, že riedený vodík (pri veľmi nízkom tlaku) takmer úplne vyhovuje modelu ideálneho plynu.

Ryža. 2.

Ideálny plyn je plyn, v ktorom je interakcia medzi molekulami zanedbateľná. Prirodzene, keď sa molekuly ideálneho plynu zrazia, pôsobí na ne odpudivá sila. Keďže molekuly plynu môžeme podľa modelu považovať za hmotné body, zanedbávame veľkosti molekúl, pretože objem, ktorý zaberajú, je oveľa menší ako objem nádoby.
Pripomeňme, že vo fyzikálnom modeli sa berú do úvahy len tie vlastnosti reálneho systému, ktorých zohľadnenie je bezpodmienečne nevyhnutné na vysvetlenie študovaných vzorcov správania tohto systému. Žiadny model nemôže vyjadriť všetky vlastnosti systému. Teraz musíme vyriešiť pomerne úzky problém: použiť molekulárnu kinetickú teóriu na výpočet tlaku ideálneho plynu na stenách nádoby. Pre tento problém sa ukazuje, že ideálny model plynu je celkom uspokojivý. Vedie k výsledkom, ktoré sú potvrdené skúsenosťami.

3. Tlak plynu v molekulárnej kinetickej teórii Nechajte plyn v uzavretej nádobe. Tlakomer ukazuje tlak plynu p 0. Ako tento tlak vzniká?
Každá molekula plynu narážajúca na stenu na ňu krátkodobo pôsobí určitou silou. V dôsledku náhodných nárazov na stenu sa tlak v priebehu času rýchlo mení, približne ako je znázornené na obrázku 8.12. Účinky spôsobené dopadmi jednotlivých molekúl sú však také slabé, že ich tlakomer nezaregistruje. Tlakomer zaznamenáva časovo priemernú silu pôsobiacu na každú jednotku plochy jeho citlivého prvku - membrány. Napriek malým zmenám tlaku je priemerná hodnota tlaku p 0 prakticky sa ukazuje ako úplne jednoznačná hodnota, pretože na stenu dochádza k mnohým nárazom a hmotnosti molekúl sú veľmi malé.

Ideálny plyn je modelom skutočného plynu. Podľa tohto modelu možno molekuly plynu považovať za hmotné body, ktorých interakcia nastáva len vtedy, keď sa zrazia. Keď sa molekuly plynu zrazia so stenou, vyvíjajú na ňu tlak.

4. Mikro- a makroparametre plynu

Teraz môžeme začať popisovať parametre ideálneho plynu. Sú rozdelené do dvoch skupín:

Ideálne parametre plynu

To znamená, že mikroparametre opisujú stav jednej častice (mikrotelesa) a makroparametre opisujú stav celej časti plynu (makrotelesa). Zapíšme si teraz vzťah, ktorý spája niektoré parametre s inými, alebo základnú rovnicu MKT:

Tu: - priemerná rýchlosť pohybu častíc;

Definícia. – koncentráciečastice plynu – počet častíc na jednotku objemu; ; jednotka - .

5. Priemerná hodnota druhej mocniny rýchlosti molekúl

Na výpočet priemerného tlaku potrebujete poznať priemernú rýchlosť molekúl (presnejšie priemernú hodnotu štvorca rýchlosti). Toto nie je jednoduchá otázka. Ste zvyknutí na to, že každá častica má rýchlosť. Priemerná rýchlosť molekúl závisí od pohybu všetkých častíc.
Priemerné hodnoty. Od samého začiatku sa musíte vzdať pokusov o sledovanie pohybu všetkých molekúl, ktoré tvoria plyn. Je ich príliš veľa a pohybujú sa veľmi ťažko. Nepotrebujeme vedieť, ako sa každá molekula pohybuje. Musíme zistiť, k akému výsledku vedie pohyb všetkých molekúl plynu.
Povaha pohybu celého súboru molekúl plynu je známa zo skúseností. Molekuly sa zapájajú do náhodného (tepelného) pohybu. To znamená, že rýchlosť akejkoľvek molekuly môže byť buď veľmi veľká, alebo veľmi malá. Smer pohybu molekúl sa neustále mení, keď sa navzájom zrážajú.
Rýchlosti jednotlivých molekúl však môžu byť ľubovoľné priemer hodnota modulu týchto rýchlostí je celkom istá. Podobne výška žiakov v triede nie je rovnaká, ale jej priemer je určité číslo. Ak chcete zistiť toto číslo, musíte spočítať výšky jednotlivých študentov a vydeliť tento súčet počtom študentov.
Priemerná hodnota druhej mocniny rýchlosti. V budúcnosti budeme potrebovať priemernú hodnotu nie samotnej rýchlosti, ale druhej mocniny rýchlosti. Od tejto hodnoty závisí priemerná kinetická energia molekúl. A priemerná kinetická energia molekúl, ako čoskoro uvidíme, je veľmi dôležitá v celej molekulárnej kinetickej teórii.
Označme moduly rýchlosti jednotlivých molekúl plynu . Priemerná hodnota štvorca rýchlosti je určená nasledujúcim vzorcom:

Kde N- počet molekúl v plyne.
Ale druhá mocnina modulu ľubovoľného vektora sa rovná súčtu štvorcov jeho projekcií na súradnicových osiach OX, OY, OZ. Preto

Priemerné hodnoty veličín možno určiť pomocou vzorcov podobných vzorcu (8.9). Medzi priemernou hodnotou a priemernými hodnotami štvorcov projekcií je rovnaký vzťah ako vzťah (8.10):

V skutočnosti platí rovnosť (8.10) pre každú molekulu. Sčítanie týchto rovníc pre jednotlivé molekuly a delenie oboch strán výslednej rovnice počtom molekúl N, dospejeme k vzorcu (8.11).
Pozor! Keďže smery troch osí OH, OH A OZ v dôsledku náhodného pohybu molekúl sú rovnaké, priemerné hodnoty štvorcov projekcií rýchlosti sa navzájom rovnajú:

Vidíte, z chaosu sa vynára určitý vzorec. Vedel by si na to prísť sám?
Berúc do úvahy vzťah (8.12), dosadíme vo vzorci (8.11) namiesto a . Potom pre strednú druhú mocninu projekcie rýchlosti dostaneme:

t.j. stredná druhá mocnina projekcie rýchlosti sa rovná 1/3 strednej štvorce samotnej rýchlosti. 1/3 faktor sa objavuje v dôsledku trojrozmernosti priestoru a teda existencie troch projekcií pre ľubovoľný vektor.
Rýchlosti molekúl sa menia náhodne, ale priemerná štvorec rýchlosti je dobre definovaná hodnota.

6. Základná rovnica molekulárnej kinetickej teórie
Pristúpme k odvodeniu základnej rovnice molekulárnej kinetickej teórie plynov. Táto rovnica stanovuje závislosť tlaku plynu od priemernej kinetickej energie jeho molekúl. Po odvodení tejto rovnice v 19. stor. a experimentálnym dôkazom jej platnosti sa začal prudký rozvoj kvantitatívnej teórie, ktorý trvá dodnes.
Dôkaz takmer akéhokoľvek tvrdenia vo fyzike, odvodenie akejkoľvek rovnice môže byť vykonané s rôznym stupňom prísnosti a presvedčivosti: veľmi zjednodušene, viac či menej prísne alebo s úplnou prísnosťou, ktorú má moderná veda k dispozícii.
Dôkladné odvodenie rovnice molekulárnej kinetickej teórie plynov je pomerne zložité. Preto sa obmedzíme na veľmi zjednodušené, schematické odvodenie rovnice. Napriek všetkým zjednodušeniam bude výsledok správny.
Odvodenie základnej rovnice. Vypočítajme tlak plynu na stenu CD plavidlo A B C D oblasť S, kolmo na súradnicovú os VÔL (Obr.8.13).

Keď molekula narazí na stenu, zmení sa jej hybnosť: . Pretože modul rýchlosti molekúl pri náraze sa nemení, potom . Podľa druhého Newtonovho zákona sa zmena hybnosti molekuly rovná impulzu sily pôsobiacej na ňu od steny nádoby a podľa tretieho Newtonovho zákona veľkosti impulzu sily, s ktorou molekula pôsobí na stenu je rovnaká. V dôsledku nárazu molekuly bola na stenu vyvinutá sila, ktorej hybnosť sa rovná .