Изучение дискретного строения вещества в физике средней школы

Размеры молекул разных веществ, вероятно, не одинаковы. По всей видимости, различны и подвижности молекул разных веществ.

Например, известно, что детский резиновый шарик, заполненный водородом, уменьшает свой объем значительно быстрее, чем если бы он был заполнен воздухом.

Если предположить, что молекулы водорода меньше и подвижнее молекул азота и кислорода, из которых в основном состоит воздух, то становится понятным, что они быстрее просачиваются сквозь мельчайшие отверстия, которые могут остаться при завязывании шарика.

Если это так, то можно заранее предсказать и результат опыта с пористым глиняным цилиндром, который соединен с манометром.

Если на этот цилиндр надеть несколько более широкий стакан, заполненный водородом, то молекулы водорода будут входить через поры внутрь цилиндра быстрее, чем молекулы воздуха выходить. Давление внутри цилиндра возрастет. Если широкий стакан убрать, молекулы водорода выйдут из цилиндра быстрее, чем туда вернутся молекулы воздуха. Давление внутри цилиндра сначала сравняется с атмосферным, а затем на некоторое время уменьшится по отношению к нему.

Соответствующий эксперимент действительно дает ожидаемые результаты.

Поскольку эксперименты подтверждают следствия, полученные путем логических рассуждений, основанных в свою очередь на предположениях о строении вещества, вероятно, эти предположения не лишены смысла и могут быть использованы в дальнейшем для объяснения различных физических явлений.

4. Взаимодействие молекул

Одна из выдвинутых нами посылок касалась взаимодействия молекул. Возникает вопрос: какова природа этого взаимодействия?

Мы считаем, что между молекулами одновременно действуют силы притяжения и отталкивания. В то же время, мы знаем, что силы притяжения и отталкивания существуют между электрическими зарядами.

Это дает нам основание предположить, что межмолекулярное взаимодействие носит электромагнитный характер.

Если представить себе молекулы в виде диполей (частиц со смещенными относительно центра положительными и отрицательными зарядами), то можно, пользуясь соответствующими законами, найти зависимость силы взаимодействия двух соседних молекул от расстояния между их центрами.

Зная эту зависимость, можно отобразить ее графически.

Соответствующим образом можно построить график зависимости энергии взаимодействия двух соседних молекул от расстояния между их центрами.

Согласно принципу минимума энергии, взаимодействующие молекулы будут стремиться перейти в состояние с наименьшей из возможных значений энергией. Минимальной энергии будет соответствовать некоторое расстояние между молекулами.

Если система молекул, а значит и каждая из них в отдельности, поглотит извне некоторое количество теплоты, то это приведет к изменению энергии взаимодействия рассматриваемых молекул. Новому значению энергии на графике будет соответствовать два значения расстояния между молекулами. Это означает, что молекулы будут совершать колебательное движение относительно друг друга. В силу асимметричности графика, среднее расстояние между молекулами будет увеличиваться.

Приведенные рассуждения позволяют объяснить тепловое расширение тел.

Поскольку ветвь графика, соответствующая притяжению молекул, асимптотически уходит в бесконечность, то при некотором значении энергии взаимодействия молекул, связь между ними должна разорваться. Если разрыв связей происходит на границе раздела жидкости и газа, мы говорим об испарении жидкости.

5. Измерения в микромире. Значения некоторых микропараметров вещества

Опыты свидетельствуют, что молекулы очень малы. Непосредственно увидеть их нам не удается. Но все-таки, как же определить или хотя бы оценить размеры, массу молекул, их число в каком-либо теле?

Информация по теме:

Анализ целей и задач в физическом воспитании дошкольников
Цель физического воспитания вытекает из основной цели воспитания, 'отражая при этом специфические особенности физкультурной деятельности. На современном этапе, в отличие от эпохи строительства коммунизма, нет единого подхода к определению цели физического воспитания дошкольников. Каждый исследовате ...

Эффективность применения домашних заданий на уроках физической культуры
В сентябре 2001 г. нами были протестированы учащиеся 8 а класса по тестам, которые входят в комплексную программу физического воспитания учащихся 1-11 классов. По списку в этом классе 23 учащихся, из них 5 учащихся занимаются в специальной медицинской группе, один - на домашнем обучении. Всего тест ...

Замысел курса «Университетское образование»
Дело не только в том, что университетского образования и подростковый возраст исторически возникают в одно время, а дело в том, что их связывает авторское действие и теоретическое мышление. По мнению Б.Д. Эльконина и К.Н. Поливановой авторское действие есть реализация ведущей деятельности в подрост ...