Iga aine koosneb molekulidest ja selle füüsikalised omadused sõltuvad sellest, kuidas molekulid on järjestatud ja kuidas nad omavahel suhtlevad. Tavaelus jälgime aine kolme koondolekut – tahket, vedelat ja gaasilist.
Näiteks võib vesi olla tahkes (jää), vedelas (vesi) ja gaasilises (aur) olekus.
Gaas laieneb, kuni täidab kogu sellele eraldatud mahu. Kui vaadelda gaasi molekulaarsel tasemel, näeme molekule juhuslikult tormasid ja põrkuvad üksteise ja anuma seintega, mis aga praktiliselt ei suhtle üksteisega. Kui suurendate või vähendate anuma mahtu, jaotuvad molekulid uues mahus ühtlaselt ümber.
Erinevalt gaasist on sellel teatud temperatuuril kindel maht, kuid see on ka täidetud anuma kujul, kuid ainult selle pinna tasemest allpool. Molekulaarsel tasandil mõeldakse vedelikku kõige kergemini kui sfäärilisi molekule, mis, kuigi on üksteisega tihedas kontaktis, võivad vabalt üksteise ümber veereda, nagu ümmargused helmed purgis. Valage anumasse vedelik - ja molekulid levivad kiiresti laiali ja täidavad anuma mahu alumise osa, mille tulemusena võtab vedelik oma kuju, kuid ei levi kogu anuma mahus.
Tahke on oma kujuga ja ei levi kogu mahuti ulatuses
ja ei võta oma kuju. Mikroskoopilisel tasemel on aatomid üksteisega seotud keemiliste sidemetega ja nende asendid üksteise suhtes on fikseeritud. Samas võivad need moodustada nii jäiku järjestatud struktuure – kristallvõresid – kui ka korrastamata segadust – amorfseid kehasid (täpselt selline on polümeeride struktuur, mis näevad kausis välja nagu sassis ja kleepuv pasta).
Eespool kirjeldati kolme klassikalist aine agregatiivset olekut. Siiski on ka neljas olek, mida füüsikud kipuvad liigitama agregaadiks. See on plasma olek. Plasmat iseloomustab elektronide osaline või täielik eemaldamine nende aatomiorbiitidelt, samal ajal kui vabad elektronid ise jäävad aine sisse.
Aine agregaatide olekute muutusi saame oma silmaga jälgida looduses. Vesi reservuaaride pinnalt aurustub ja tekivad pilved. Nii muutub vedelik gaasiks. Talvel vesi reservuaarides külmub, muutudes tahkeks ja kevadel sulab uuesti, muutudes uuesti vedelaks. Mis juhtub aine molekulidega, kui see läheb ühest olekust teise? Kas nad muutuvad? Kas näiteks jäämolekulid erinevad auru molekulidest? Vastus on selge: ei. Molekulid jäävad absoluutselt samaks. Nende kineetiline energia muutub ja vastavalt ka aine omadused.
Aurumolekulide energia on piisavalt suur, et lennata laiali erinevates suundades ja jahtudes kondenseerub aur vedelikuks ning molekulidel on veel piisavalt energiat, et peaaegu vabalt liikuda, kuid mitte piisavalt, et teiste molekulide külgetõmbejõust eemalduda. ja lennata minema. Edasisel jahutamisel vesi külmub, muutudes tahkeks ning molekulide energiast ei piisa enam isegi keha sees vabalt liikumiseks. Nad vibreerivad ümber ühe koha, mida hoiavad teiste molekulide atraktiivsed jõud.
Peaaegu kõik teadaolevad ained on olenevalt tingimustest gaasilises, vedelas, tahkes või plasma olekus. Seda nimetatakse aine olek . Agregatsiooni olek ei mõjuta aine keemilisi omadusi ja keemilist struktuuri, vaid mõjutab füüsikalist olekut (tihedus, viskoossus, temperatuur jne) ja keemiliste protsesside kiirust. Näiteks gaasilises olekus vesi on aur, vedelas olekus vedel, tahkes olekus jää, lumi, härmatis. Keemiline koostis on sama, kuid füüsikalised omadused on erinevad. Füüsikaliste omaduste erinevus on seotud aine molekulide erinevate kaugustega ja nendevaheliste tõmbejõududega.
Iseloomulik gaasidele suured vahemaad molekulide vahel ja väikesed tõmbejõud. Gaasi molekulid on kaootilises liikumises. See seletab, et gaaside tihedus on väike, neil ei ole oma kuju, nad hõivavad kogu neile antud ruumala ja rõhu muutumisel muudavad gaasid oma mahtu.
Vedelas olekus molekulid on üksteisele lähemal, molekulidevahelise tõmbejõud suurenevad, molekulid on kaootilises translatsioonilises liikumises. Seetõttu on vedelike tihedus palju suurem kui gaaside tihedus, teatud maht on rõhust peaaegu sõltumatu, kuid vedelikel ei ole oma kuju, vaid need võtavad etteantud anuma kuju. Neid iseloomustab "lühiajaline järjekord", st kristallstruktuuri algus (räägitakse hiljem).
Tahketes ainetes osakesed (molekulid, aatomid, ioonid) on üksteisele nii lähedal, et tõmbejõud on tasakaalustatud tõukejõududega, see tähendab, et osakesed avaldavad võnkuvaid liikumisi ja mitte translatsioonilisi liikumisi. Seetõttu paiknevad tahkete kehade osakesed teatud ruumipunktides, neid iseloomustab “pikamaa kord” (räägime hiljem), tahkete kehade kuju ja ruumala on kindel.
Plasma on mis tahes objekt, milles elektriliselt laetud osakesed (elektronid, tuumad või ioonid) liiguvad kaootiliselt. Plasma olek looduses on domineeriv ja tekib ioniseerivate tegurite mõjul: kõrge temperatuur, elektrilahendus, suure energiaga elektromagnetkiirgus jne. Plasma on kahte tüüpi: isotermiline Ja gaaslahendus . Esimene tekib kõrge temperatuuri mõjul, on üsna stabiilne, eksisteerib pikka aega, näiteks päike, tähed, keravälk. Teine tekib elektrilahenduse mõjul ja on stabiilne ainult elektrivälja juuresolekul, näiteks gaasivalgustustorudes. Plasmat võib pidada ioniseeritud gaasiks, mis järgib ideaalse gaasi seadusi.
Mida teeme saadud materjaliga:
Kui see materjal oli teile kasulik, saate selle oma sotsiaalvõrgustike lehele salvestada:
| Säuts |
Kõik selle jaotise teemad:
Voronež 2011
Loeng nr 1 (2 tundi) Sissejuhatus Küsimused: 1. Keemia aine. Keemia tähtsus looduse uurimisel ja tehnoloogia arengus. 2. Alus
Keemia põhilised kvantitatiivsed seadused
Keemia põhiliste kvantitatiivsete seaduste hulka kuuluvad: koostise püsivuse seadus, mitmekordse suhte seadus ja ekvivalentide seadus. Need seadused avastati 13. sajandi lõpus – 19. sajandi alguses ja
Aatomi ehituse kaasaegne mudel
Kaasaegne aatomi ehituse teooria põhineb J. Thomsoni töödel (kes avastas elektroni 1897. aastal ja pakkus 1904. aastal välja aatomi ehituse mudeli, mille kohaselt aatom on laetud kera
Orbitaalkvantarv 0 1 2 3 4
Iga l väärtus vastab erikujulise orbitaalile, näiteks s-orbitaal on sfäärilise kujuga, p-orbitaal on hantli kujuga. Samas kestas kasvab alamtasandite energia reas E
Mitmeelektroniliste aatomite struktuur
Nagu iga süsteem, püüdlevad aatomid minimaalse energia poole. See saavutatakse elektronide teatud olekus, s.o. elektronide teatud jaotusel orbitaalidel. Salvestus
Elementide perioodilised omadused
Kuna elementide elektrooniline struktuur muutub perioodiliselt, siis vastavalt nende elektroonilise struktuuriga määratud elementide omadused, nagu ionisatsioonienergia,
D.I.Mendelejevi elementide perioodiline tabel
1869. aastal teatas D.I. Mendelejev perioodilise seaduse avastamisest, mille tänapäevane sõnastus on järgmine: elementide omadused, samuti nende ühendite vormid ja omadused
Keemiliste sidemete üldised omadused
Aine struktuuri õpetus selgitab ainete struktuuri mitmekesisuse põhjuseid erinevates agregatsiooniseisundites. Kaasaegsed füüsikalised ja füüsikalis-keemilised meetodid võimaldavad eksperimentaalselt määrata
Keemiliste sidemete tüübid
Peamised keemiliste sidemete tüübid hõlmavad kovalentseid (polaarseid ja mittepolaarseid), ioonseid ja metallilisi sidemeid. Kovalentne side on moodustunud keemiline side
Molekulidevahelise interaktsiooni tüübid
Sidemeid, mille moodustumisel ei toimu elektrooniliste kestade ümberpaigutamist, nimetatakse molekulidevahelisteks interaktsioonideks. Molekulidevahelise interaktsiooni peamised tüübid on järgmised:
Molekulide ruumiline struktuur
Molekulide ruumiline struktuur sõltub elektronipilvede kattumise ruumilisest suunast molekulis olevate aatomite arvu ja sidemete elektronpaaride arvu järgi.
Aine gaasiline olek. Ideaalsete gaaside seadused. Tõelised gaasid
Gaasid on looduses levinud ja neid kasutatakse laialdaselt tehnoloogias. Neid kasutatakse kütusena, jahutusvedelikuna, keemiatööstuse toorainena, töövedelikuna mehaaniliste tööde tegemiseks.
Aine vedela oleku tunnused
Vedelikud asuvad oma omadustelt gaasiliste ja tahkete kehade vahepealsel positsioonil. Keemistemperatuuri lähedal sarnanevad nad gaasidega: vedelad, kindla kujuga, amorfsed
Mõnede ainete omadused
Aine Kristalli tüüp Kristallvõre energia, kJ/mol Temperatuur
Termodünaamika üldmõisted
Termodünaamika on teadus, mis uurib erinevate energiavormide muutumist üksteiseks ja kehtestab nende muundumise seadused. Iseseisva distsipliinina
Termokeemia. Keemiliste reaktsioonide termilised mõjud
Kõikide keemiliste protsessidega, aga ka mitmete ainete füüsikaliste muutustega (aurustumine, kondenseerumine, sulamine, polümorfsed muundumised jne) kaasneb alati sisemise reservi muutus.
Hessi seadus ja tagajärjed sellest
Vene akadeemik G.I.Hess avastas arvukate eksperimentaalsete uuringute põhjal termokeemia põhiseaduse (1840) – reaalse maailma soojuste summade püsivuse seaduse.
Soojusmasina tööpõhimõte. Süsteemi tõhusus
Soojusmasin on seade, mis muudab soojuse tööks. Esimene soojusmasin leiutati 18. sajandi lõpus (aurumasin). Nüüd on neid kaks
Vaba ja seotud energia. Süsteemi entroopia
On teada, et mis tahes energiat saab täielikult muundada soojuseks, kuid soojust muudetakse muudeks energialiikideks ainult osaliselt, tinglikult süsteemi siseenergia reservi.
Temperatuuri mõju keemiliste reaktsioonide suunale
DH DS DG Reaktsiooni suund DH< 0
DS >0 DG< 0
Keemilise kineetika mõiste
Keemiline kineetika on keemiliste reaktsioonide kiiruse ja selle sõltuvuse uurimine erinevatest teguritest - reagentide olemus ja kontsentratsioon, rõhk,
Keemiliste reaktsioonide kiirust mõjutavad tegurid. Massitegevuse seadus
Keemiliste reaktsioonide kiirust mõjutavad järgmised tegurid: reageerivate ainete iseloom ja kontsentratsioon; temperatuur, lahusti olemus, katalüsaatori olemasolu jne.
Molekulide aktiveerimise teooria. Arrheniuse võrrand
Iga keemilise reaktsiooni kiirus sõltub reageerivate molekulide kokkupõrgete arvust, kuna kokkupõrgete arv on võrdeline reageerivate ainete kontsentratsiooniga. Kõik pole siiski laual
Katalüütiliste reaktsioonide omadused. Katalüüsi teooriad
Keemilise reaktsiooni kiirust saab kontrollida katalüsaatori abil. Ained, mis osalevad reaktsioonides ja muudavad (kõige sagedamini suurendavad) selle kiirust, jäädes reaktsiooni lõppu
Pöörduvad ja pöördumatud reaktsioonid. Keemilise tasakaalu tunnused
Kõik reaktsioonid võib jagada kahte rühma: pöörduvad ja pöördumatud. Pöördumatute reaktsioonidega kaasneb sade, halvasti dissotsieeruva aine moodustumine või gaasi eraldumine. Pööratav rea
Keemilise tasakaalu konstant
Vaatleme üldist tüüpi pöörduvat keemilist reaktsiooni, milles kõik ained on samas agregatsiooniseisundis, näiteks vedel: aA + bB D cC + dD, kus
Gibbsi faasireegel. Vee diagramm
Heterogeensete tasakaalusüsteemide kvalitatiivsed omadused, milles keemilist vastasmõju ei toimu, vaid täheldatakse ainult süsteemi koostisosade üleminekut ühest agregatsiooniseisundist
Vee faasireeglil on vorm
С = 1+ 2 – Ф = 3 – Ф kui Ф = 1, siis С = 2 (süsteem on kahevariandiline) Ф = 2, siis С = 1 (süsteem on ühevariandiline) Ф = 3, siis С = 0 (süsteem on mittevariant) Ф = 4, siis C = -1 (
Ainete keemilise afiinsuse mõiste. Keemiliste reaktsioonide isotermide, isobaaride ja isohooride võrrandid
Mõiste "keemiline afiinsus" viitab ainete võimele astuda üksteisega keemilisi koostoimeid. Erinevate ainete puhul sõltub see reageerivate ainete olemusest
Solvaadi (hüdraadi) lahustumisteooria
Lahused on homogeensed süsteemid, mis koosnevad kahest või enamast ainest, mille koostis võib varieeruda üsna suurtes piirides, lubatud lahus.
Lahuste üldised omadused
19. sajandi lõpus kehtestasid Raoult, van't Hoff ja Arrhenius väga olulised seadused, mis seovad lahuse kontsentratsiooni lahuse kohal oleva lahusti küllastunud aururõhuga, kiirusega.
Vedelate lahuste tüübid. Lahustuvus
Vedelate lahuste moodustamise võime väljendub erinevates üksikainetes erineval määral. Mõned ained võivad lahustuda piiramatult (vesi ja alkohol), teised - ainult piiratud määral.
Nõrkade elektrolüütide omadused
Vees või muudes polaarsetest molekulidest koosnevates lahustites lahustatuna läbivad elektrolüüdid dissotsiatsiooni, s.t. jagunevad suuremal või vähemal määral positiivseks ja negatiivseks
Tugevate elektrolüütide omadused
Elektrolüüte, mis dissotsieeruvad vesilahustes peaaegu täielikult, nimetatakse tugevateks elektrolüütideks. Tugevad elektrolüüdid hõlmavad enamikku juba sisalduvatest sooladest
Kui need tingimused on täidetud, omandavad kolloidosakesed elektrilaengu ja hüdratatsioonikihi, mis takistab nende sadenemist
Dispersioonimeetodid kolloidsüsteemide tootmiseks on järgmised: mehaaniline - purustamine, jahvatamine, jahvatamine jne; elektriline – metallisoolade tootmine meetme raames
Kolloidsete lahuste stabiilsus. Koagulatsioon. Peptiseerimine
Kolloidlahuse stabiilsuse all mõistetakse selle lahuse põhiomaduste püsivust: osakeste suuruse säilimine (agregatiivne stabiilsus
Kolloidsete hajussüsteemide omadused
Kõik kolloidsete hajussüsteemide omadused võib jagada kolme põhirühma: molekulaarkineetilised, optilised ja elektrokineetilised. Vaatleme molekulaarkineetikat
Ainevahetusprotsesside tunnused
Keemilised reaktsioonid jagunevad vahetus- ja redoksreaktsioonideks (Ox-Red). Kui reaktsioon ei muuda oksüdatsiooniastet, nimetatakse selliseid reaktsioone vahetusreaktsioonideks. Need on võimalikud
Redoksprotsesside omadused
Redoksreaktsioonide käigus aine oksüdatsiooniaste muutub. Reaktsioonid võib jagada reaktsioonideks, mis toimuvad samas reaktsioonimahus (näiteks in
Elektrokeemia üldmõisted. Esimest ja teist tüüpi dirigendid
Elektrokeemia on keemia haru, mis uurib elektri- ja keemilise energia vastastikuste muundumiste mustreid. Elektrokeemilisi protsesse saab jagada
Elektroodipotentsiaali mõiste
Vaatleme galvaanilistes elementides toimuvaid protsesse, st keemilise energia muundamise protsesse elektrienergiaks. Galvaanilist elementi nimetatakse elektrokeemiliseks
Galvaaniline Daniel-Jacobi rakk
Mõelge süsteemile, milles kaks elektroodi on oma ioonide lahuses, näiteks Daniel-Jacobi galvaaniline element. See koosneb kahest poolelemendist: tsinkplaadist, sukeldatud
Galvaanielemendi elektromotoorjõud
Elektroodide vahelist maksimaalset potentsiaalivahet, mida galvaanilise elemendi töötamisel on võimalik saada, nimetatakse elemendi elektromotoorjõuks (EMF).
Polarisatsioon ja ülepinge
Spontaansete protsesside käigus tekib elektroodide tasakaalupotentsiaal. Kui elektrivool läbib, muutub elektroodide potentsiaal. Elektroodi potentsiaali muutus
Elektrolüüs. Faraday seadused
Elektrolüüsiks nimetatakse protsesse, mis toimuvad elektroodidel välisest vooluallikast elektrolüütide kaudu toidetava elektrivoolu mõjul. Kui valitud
Metalli korrosioon
Korrosioon on metalli hävimine selle füüsikalise ja keemilise koostoime tagajärjel keskkonnaga. See on spontaanne protsess, mis toimub koos Gibbsi energiasüsteemi vähenemisega
Polümeeride valmistamise meetodid
Polümeerid on suure molekulmassiga ühendid, mida iseloomustab molekulmass mitmest tuhandest mitme miljonini. Polümeerimolekule nimetatakse
Polümeeri struktuur
Polümeeri makromolekulid võivad olla lineaarsed, hargnenud ja võrgustikud. Lineaarsed polümeerid on polümeerid, mis on ehitatud ühemõõtmeliste elementide pikkadest ahelatest, s.t.
Polümeeride omadused
Polümeeride omadused võib jagada keemilisteks ja füüsikalisteks. Mõlemad omadused on seotud polümeeride struktuuriliste iseärasustega, nende valmistamismeetodiga ja sisseviidavate omadustega
Polümeeride pealekandmine
Polümeeridest toodetakse kiude, kilesid, kummisid, lakke, liime, plastmassi ja komposiitmaterjale (komposiite). Kiud saadakse lahuste pressimisel või
Mõned reaktiivid katioonide tuvastamiseks
Reaktiivi valem katioon Reaktsiooniprodukt Alizarin C14H6O
Instrumentaalsed analüüsimeetodid
Viimastel aastatel on üha enam kasutatud instrumentaalseid analüüsimeetodeid, millel on palju eeliseid: kiirus, kõrge tundlikkus, võime samaaegselt määrata.
Ma arvan, et kõik teavad aine kolme peamist olekut: vedel, tahke ja gaasiline. Me kohtame neid aine olekuid iga päev ja kõikjal. Kõige sagedamini vaadeldakse neid vee näitel. Vee vedel olek on meile kõige tuttavam. Joome pidevalt vedelat vett, see voolab meie kraanist ja me ise oleme 70% vedel vesi. Vee teine füüsikaline olek on tavaline jää, mida näeme talvel tänaval. Vett on igapäevaelus lihtne leida ka gaasilisel kujul. Gaasilises olekus on vesi, nagu me kõik teame, aur. Seda on näha, kui näiteks keedame veekeetjat. Jah, just 100 kraadi juures muutub vesi vedelast gaasiliseks.
Need on aine kolm olekut, mis on meile tuttavad. Aga kas teadsite, et tegelikult on neid 4? Ma arvan, et kõik on vähemalt korra kuulnud sõna "plasma". Ja täna ma tahan, et saaksite ka rohkem teada plasmast – aine neljandast olekust.
Plasma on osaliselt või täielikult ioniseeritud gaas, millel on võrdne positiivsete ja negatiivsete laengute tihedus. Plasmat saab gaasist – aine 3. agregatsiooni olekust tugeva kuumutamise teel. Agregatsiooni olek üldiselt sõltub tegelikult täielikult temperatuurist. Esimene agregatsiooni olek on madalaim temperatuur, mille juures keha jääb tahkeks, teine agregatsiooni olek on temperatuur, mille juures keha hakkab sulama ja vedelaks muutuma, kolmas agregatsiooni olek on kõrgeim temperatuur, mille juures aine muutub. gaasi. Iga keha, aine puhul on ühest agregatsiooniseisundist teise ülemineku temperatuur täiesti erinev, mõne jaoks on see madalam, mõne jaoks kõrgem, kuid igaühe jaoks on see rangelt selles järjestuses. Millisel temperatuuril muutub aine plasmaks? Kuna see on neljas olek, tähendab see, et sellesse ülemineku temperatuur on kõrgem kui igal eelmisel. Ja tõepoolest on. Gaasi ioniseerimiseks on vaja väga kõrget temperatuuri. Madalaima temperatuuri ja madala ioniseeritud (umbes 1%) plasmat iseloomustab temperatuur kuni 100 tuhat kraadi. Maapealsetes tingimustes võib sellist plasmat jälgida välgu kujul. Välgukanali temperatuur võib ületada 30 tuhat kraadi, mis on 6 korda kõrgem kui Päikese pinna temperatuur. Muide, Päike ja kõik teised tähed on samuti plasma, enamasti kõrge temperatuuriga tähed. Teadus tõestab, et umbes 99% kogu universumi ainest on plasma.
Erinevalt madala temperatuuriga plasmast on kõrge temperatuuriga plasma ionisatsioon peaaegu 100% ja temperatuur on kuni 100 miljonit kraadi. See on tõesti tähetemperatuur. Maal leidub sellist plasmat ainult ühel juhul - termotuumasünteesi katseteks. Kontrollitud reaktsioon on üsna keeruline ja energiakulukas, kuid kontrollimatu reaktsioon on end tõestanud kolossaalse jõu relvana – termotuumapommina, mida NSV Liit katsetas 12. augustil 1953. aastal.
Plasma klassifitseeritakse mitte ainult temperatuuri ja ionisatsiooniastme, vaid ka tiheduse ja kvaasineutraalsuse järgi. Kollokatsioon plasma tihedus tavaliselt tähendab elektroni tihedus, see tähendab vabade elektronide arvu ruumalaühiku kohta. Noh, sellega on minu arvates kõik selge. Kuid mitte kõik ei tea, mis on kvaasineutraalsus. Plasma kvaasineutraalsus on selle üks olulisemaid omadusi, mis seisneb selle koostises sisalduvate positiivsete ioonide ja elektronide tiheduse peaaegu täpses võrdsuses. Plasma hea elektrijuhtivuse tõttu on positiivsete ja negatiivsete laengute eraldamine võimatu Debye pikkusest suurematel kaugustel ja aegadel, mis on suuremad kui plasma võnkeperiood. Peaaegu kogu plasma on peaaegu neutraalne. Mittekvaasineutraalse plasma näiteks on elektronkiir. Mitteneutraalsete plasmade tihedus peab aga olema väga väike, vastasel juhul lagunevad need kiiresti Coulombi tõrjumise tõttu.
Oleme vaadanud väga vähe plasma maapealseid näiteid. Aga neid on päris palju. Inimene on õppinud plasmat enda huvides kasutama. Tänu aine neljandale olekule saame kasutada gaaslahenduslampe, plasmatelereid, elektrikaarkeevitust ja lasereid. Tavalised luminofoorlahenduslambid on samuti plasma. Meie maailmas on ka plasmalamp. Seda kasutatakse peamiselt teaduses kõige keerukamate plasmanähtuste, sealhulgas filamentatsiooni uurimiseks ja, mis kõige tähtsam, nägemiseks. Foto sellisest lambist on näha alloleval pildil:
Lisaks majapidamises kasutatavatele plasmaseadmetele võib Maal sageli näha ka looduslikku plasmat. Ühest tema näitest oleme juba rääkinud. See on välk. Kuid lisaks välgule võib plasmanähtusi nimetada virmalisteks, "Püha Elmo tuleks", Maa ionosfääriks ja loomulikult tuleks.
Pange tähele, et tuli, välk ja muud plasma ilmingud, nagu me seda nimetame, põlevad. Mis põhjustab plasmast nii eredat valgust? Plasma sära on põhjustatud elektronide üleminekust suure energiaga olekust madala energiaga olekusse pärast rekombinatsiooni ioonidega. Selle protsessi tulemuseks on ergastatud gaasile vastava spektriga kiirgus. Sellepärast plasma helendab.
Rääkiksin veidi ka plasma ajaloost. Kunagi nimetati ju plasmaks ainult selliseid aineid nagu piima vedel komponent ja vere värvitu komponent. Kõik muutus 1879. aastal. Just sel aastal avastas kuulus inglise teadlane William Crookes gaaside elektrijuhtivust uurides plasma fenomeni. Tõsi, seda aine olekut nimetati plasmaks alles 1928. Ja seda tegi Irving Langmuir.
Kokkuvõtteks tahan öelda, et selline huvitav ja salapärane nähtus nagu keravälk, millest olen sellel saidil rohkem kui korra kirjutanud, on loomulikult ka plasmoid, nagu tavaline välk. See on võib-olla kõige ebatavalisem plasmoid kõigist maapealsetest plasmanähtustest. Keravälgu kohta on ju umbes 400 erinevat teooriat, kuid mitte ühtegi neist pole tunnistatud tõeliselt õigeks. Laboratoorsetes tingimustes saadi sarnaseid, kuid lühiajalisi nähtusi mitmel erineval viisil, nii et keravälgu olemuse küsimus jääb lahtiseks.
Tavalist plasmat loodi muidugi ka laborites. Kunagi oli see raske, kuid nüüd pole selline katse eriti raske. Kuna plasma on kindlalt meie igapäevaarsenali sisenenud, katsetavad nad sellega palju laborites.
Kõige huvitavam avastus plasma vallas oli katsed plasmaga nullgravitatsioonis. Selgub, et plasma kristalliseerub vaakumis. See juhtub nii: laetud plasmaosakesed hakkavad üksteist tõrjuma ja kui neil on piiratud maht, hõivavad nad neile eraldatud ruumi, hajudes eri suundades. See on üsna sarnane kristallvõrega. Kas see ei tähenda, et plasma on sulgev lüli aine esimese ja kolmanda oleku vahel? Lõppude lõpuks muutub see gaasi ionisatsiooni tõttu plasmaks ja vaakumis muutub plasma uuesti tahkeks. Aga see on vaid minu oletus.
Ka kosmoses leiduvatel plasmakristallidel on üsna kummaline struktuur. Seda struktuuri saab vaadelda ja uurida ainult ruumis, reaalses ruumivaakumis. Isegi kui loote Maale vaakumi ja asetate sinna plasma, surub gravitatsioon lihtsalt kogu sees tekkiva "pildi". Kosmoses tõusevad plasmakristallid lihtsalt õhku, moodustades kummalise kujuga kolmemõõtmelise kolmemõõtmelise struktuuri. Pärast orbiidil plasmavaatluse tulemuste saatmist Maa teadlastele selgus, et plasmas olevad keerised kordavad kummalisel kombel meie galaktika struktuuri. See tähendab, et tulevikus on plasmat uurides võimalik mõista, kuidas meie galaktika sündis. Allolevatel fotodel on näha sama kristalliseerunud plasma.
Koondseisundid. Vedelikud. Termodünaamika faasid. Faasi üleminekud.
Loeng 1.16
Kõik ained võivad eksisteerida kolmes agregatsiooni olekus - tahke, vedel Ja gaasiline. Nendevaheliste üleminekutega kaasnevad järsud muutused mitmetes füüsikalistes omadustes (tihedus, soojusjuhtivus jne).
Agregatsiooni olek sõltub füüsikalistest tingimustest, milles aine paikneb. Mitme agregatsiooniseisundi olemasolu aines on tingitud erinevustest selle molekulide (aatomite) soojusliikumises ja nende vastasmõjus erinevates tingimustes.
Gaas- aine agregatsiooniseisund, milles osakesed ei ole omavahel seotud või on vastasmõjujõududega väga nõrgalt seotud; selle osakeste (molekulide, aatomite) soojusliikumise kineetiline energia ületab oluliselt nendevaheliste interaktsioonide potentsiaalset energiat, seetõttu liiguvad osakesed peaaegu vabalt, täites täielikult anuma, milles nad asuvad, ja võttes selle kuju. Gaasilises olekus ei ole ainel oma mahtu ega oma kuju. Iga ainet saab rõhu ja temperatuuri muutmisega muuta gaasiks.
Vedelik- aine agregatsiooni olek, vahepealne tahke ja gaasilise agregatsiooni vahel. Seda iseloomustab osakeste suur liikuvus ja väike vaba ruum nende vahel. Selle tulemusel säilitavad vedelikud oma mahu ja võtavad anuma kuju. Vedelikus paiknevad molekulid üksteisele väga lähedal. Seetõttu on vedeliku tihedus palju suurem kui gaaside tihedus (tavarõhul). Vedeliku omadused on kõikides suundades ühesugused (isotroopsed), välja arvatud vedelkristallidel. Kuumutamisel või tiheduse vähenemisel muutuvad vedeliku omadused, soojusjuhtivus ja viskoossus reeglina gaaside omaduste suunas.
Vedelate molekulide soojusliikumine koosneb kollektiivsete vibratsiooniliste liikumiste ja molekulide hüpetest, mis toimuvad aeg-ajalt ühest tasakaaluasendist teise.
Tahked (kristallilised) kehad- aine agregatsiooni olek, mida iseloomustab kuju stabiilsus ja aatomite soojusliikumise iseloom. See liikumine on tahke aine moodustavate aatomite (või ioonide) vibratsioon. Vibratsiooni amplituud on tavaliselt aatomitevaheliste kaugustega võrreldes väike.
Vedelike omadused.
Vedelas olekus aine molekulid paiknevad peaaegu üksteise lähedal. Erinevalt tahketest kristalsetest kehadest, milles molekulid moodustavad kogu kristalli ruumala ulatuses järjestatud struktuure ja võivad fikseeritud tsentrite ümber termilisi vibratsioone tekitada, on vedelatel molekulidel suurem vabadus. Vedeliku iga molekul, nagu ka tahke aine, on naabermolekulide poolt igast küljest "kihistunud" ja läbib teatud tasakaaluasendi ümber termilisi vibratsioone. Kuid aeg-ajalt võib mis tahes molekul liikuda lähedalasuvasse vabasse kohta. Selliseid hüppeid vedelikes esineb üsna sageli; seetõttu ei ole molekulid seotud kindlate keskustega, nagu kristallides, ja võivad liikuda kogu vedeliku mahu ulatuses. See seletab vedelike voolavust. Tänu tihedale vastasmõjule tihedalt paiknevate molekulide vahel võivad nad moodustada lokaalseid (ebastabiilseid) järjestatud rühmi, mis sisaldavad mitut molekuli. Seda nähtust nimetatakse sulge järjekord.
Molekulide tiheda pakkimise tõttu on vedelike kokkusurutavus ehk ruumala muutus rõhu muutumisel väga väike; seda on kümneid ja sadu tuhandeid kordi vähem kui gaasides. Näiteks vee mahu muutmiseks 1% võrra peate rõhku suurendama ligikaudu 200 korda. See rõhu tõus atmosfäärirõhuga võrreldes saavutatakse umbes 2 km sügavusel.
Vedelikud, nagu ka tahked ained, muudavad oma mahtu temperatuuri muutudes. Mitte väga suurte temperatuurivahemike korral on suhteline ruumala muutus Δ V / V 0 on võrdeline temperatuurimuutusega Δ T:
| |
Koefitsienti β nimetatakse mahupaisumise temperatuuritegur. See vedelike koefitsient on kümneid kordi suurem kui tahkete ainete puhul. Vee puhul näiteks temperatuuril 20 °C β ≈ 2 10 –4 K –1, terasel - β st ≈ 3,6 10 –5 K –1, kvartsklaasil - β kV ≈ 9 10 – 6 K – 1.
Vee soojuspaisumisel on Maa elu jaoks huvitav ja oluline anomaalia. Temperatuuridel alla 4 °C vesi paisub temperatuuri langedes (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.
Kui vesi külmub, siis see paisub, mistõttu jää jääb jäätuva veekogu pinnal hõljuma. Jää all oleva vee külmumise temperatuur on 0 °C. Tihedamates veekihtides reservuaari põhjas on temperatuur umbes 4 °C. Tänu sellele saab jäätuvate reservuaaride vees eksisteerida elu.
Vedelike kõige huvitavam omadus on nende olemasolu vaba pind. Erinevalt gaasidest ei täida vedelik kogu mahutit, kuhu see valatakse. Vedeliku ja gaasi (või auru) vahel moodustub liides, mis on ülejäänud vedelikuga võrreldes eritingimustes. Vedeliku piirkihis olevad molekulid, erinevalt selle sügavuse molekulidest, ei ole igalt poolt ümbritsetud sama vedeliku teiste molekulidega. Molekulidevahelise interaktsiooni jõud, mis mõjuvad ühele vedelikus olevale molekulile naabermolekulidest, on keskmiselt vastastikku kompenseeritud. Kõiki piirkihis olevaid molekule tõmbavad ligi vedeliku sees asuvad molekulid (antud vedelikumolekulile mõjuvad jõud gaasi (või auru) molekulidest võib tähelepanuta jätta). Selle tulemusena ilmub teatud resultantjõud, mis on suunatud sügavale vedelikku. Pinna molekulid tõmmatakse vedelikku molekulidevahelise tõmbejõu toimel. Kuid kõik molekulid, sealhulgas piirkihi molekulid, peavad olema tasakaalus. See tasakaal saavutatakse pinnakihi molekulide ja nende lähimate naabrite vahelise kauguse vähese vähendamisega vedeliku sees. Molekulidevahelise kauguse vähenemisel tekivad tõukejõud. Kui vedeliku sees olevate molekulide vaheline keskmine kaugus on r 0, siis on pinnakihi molekulid pakitud mõnevõrra tihedamalt ja seetõttu on neil sisemolekulidega võrreldes täiendav potentsiaalse energia reserv. Arvestada tuleb, et ülimadala kokkusurutavuse tõttu ei too tihedamalt pakitud pinnakihi olemasolu kaasa märgatavaid vedeliku mahu muutusi. Kui molekul liigub pinnalt vedelikku, teevad molekulidevahelise interaktsiooni jõud positiivset tööd. Vastupidi, selleks, et tõmmata teatud arv molekule vedeliku sügavusest pinnale (st suurendada vedeliku pindala), välised jõud peab tegema positiivset tööd A väline, võrdeline muutusega Δ S pindala:
| A ext = σΔ S. |
Koefitsienti σ nimetatakse pindpinevusteguriks (σ > 0). Seega on pindpinevuste koefitsient võrdne tööga, mis on vajalik vedeliku pindala suurendamiseks konstantsel temperatuuril ühe ühiku võrra.
SI-s mõõdetakse pindpinevuste koefitsienti džaulides per meeter ruut (J/m2) või njuutonites meetri kohta (1 N/m = 1 J/m2).
Järelikult on vedeliku pinnakihi molekulidel liig potentsiaalne energia. Potentsiaalne energia E vedeliku pinna p on võrdeline selle pindalaga: 
(1.16.1)
Mehaanikast on teada, et süsteemi tasakaaluseisundid vastavad selle potentsiaalse energia minimaalsele väärtusele. Sellest järeldub, et vedeliku vaba pind kipub oma pindala vähendama. Sel põhjusel omandab vaba vedelikutilk sfäärilise kuju. Vedelik käitub nii, nagu tõmbaksid (tõmbaksid) selle pinda kokku (tõmbaksid) selle pinnale puutuvad jõud. Neid jõude nimetatakse pindpinevusjõud.
Pindpinevusjõudude olemasolu muudab vedeliku pinna elastse venitatud kile sarnaseks, ainsa erinevusega, et kiles esinevad elastsusjõud sõltuvad selle pindalast (st kile deformeerumisest) ja pindpinevusest. jõud ei sõltu vedelike pindalast.
Pindpinevusjõud kipuvad vähendama kile pinda. Seetõttu võime kirjutada: (1.16.2)
Seega saab pindpinevuskoefitsienti σ määratleda pinda piirava joone pikkuse ühiku kohta mõjuva pindpinevusjõu moodulina ( l- selle rea pikkus).
Pindpinevusjõudude toimel vedelikutilkades ja seebimullides tekib ülerõhk Δ lk. Kui lõikate mõttes sfäärilise raadiuse tilka R kaheks pooleks, siis peavad mõlemad olema tasakaalus pindpinevusjõudude toimel, mis rakendatakse lõikepiirile pikkusega 2π R ja pindalale π mõjuvad ülerõhujõud R 2 sektsiooni (joonis 1.16.1). Tasakaalutingimus on kirjutatud kujul
Vedeliku, tahke aine ja gaasi vahelise piiri lähedal sõltub vedeliku vaba pinna kuju vedelikumolekulide ja tahkete molekulide vastastikmõju jõududest (koostoime gaasi (või auru) molekulidega võib tähelepanuta jätta). Kui need jõud on suuremad kui vedeliku enda molekulide vastasmõju jõud, siis vedeliku enda vahel märjad tahke aine pind. Sel juhul läheneb vedelik tahke aine pinnale teatud teravnurga θ all, mis on iseloomulik antud vedelik-tahke paarile. Nurka θ nimetatakse kontaktnurk. Kui vedelate molekulide vastastikmõju jõud ületab nende vastasmõju jõudu tahkete molekulidega, siis osutub kontaktnurk θ nüriks (joon. 1.16.2(2)). Sel juhul öeldakse, et vedelik ei niisuta tahke aine pind. Muidu (nurk - äge) vedelik märjad pind (joon. 1.16.2(1)). Kell täielik niisutamineθ = 0, at täielik mittemärgumineθ = 180°.
Kapillaarnähtused nimetatakse vedeliku tõusuks või languseks väikese läbimõõduga torudes - kapillaarid. Niisuvad vedelikud tõusevad läbi kapillaaride, mittemärguvad vedelikud laskuvad alla.
Joonisel 1.16.3 on kujutatud teatud raadiusega kapillaartoru r, langetatakse alumisest otsast niisutavaks vedelikuks tihedusega ρ. Kapillaari ülemine ots on avatud. Vedeliku tõus kapillaaris jätkub seni, kuni kapillaaris olevale vedelikusambale mõjuv gravitatsioonijõud muutub suuruselt võrdseks resultaadiga. F n pindpinevusjõud, mis toimivad piki vedeliku kokkupuute piiri kapillaari pinnaga: F t = F n, kus F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.
See tähendab: 
Täieliku märgumisega θ = 0, cos θ = 1. Sel juhul
Täieliku mitteniiskumise korral θ = 180°, cos θ = –1 ja seetõttu h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.
Vesi niisutab peaaegu täielikult puhta klaasipinna. Vastupidi, elavhõbe ei niisuta klaasi pinda täielikult. Seetõttu langeb elavhõbeda tase klaaskapillaaris anuma tasemest allapoole.