Свойства физики

Свойства твердых тел. урок. Физика 10 Класс

Свойства физики

Сейчас мы впервые приступаем к рассмотрению твёрдых тел с точки зрения молекулярно кинетической теории. Конечно же, твёрдые тела разительным образом отличаются от газов, а тем более идеальных газов, по своей структуре и свойствам, однако мы всё равно можем, пользуясь уже имеющимися знаниями, описать их.

Во-первых, вспомним, какое определение твёрдым телам вводилось в младших классах:

Определение. Твёрдые тела – тела, которые со временем не меняют своей формы и объёма. Теперь же для расширения теории о твёрдых телах мы введём классификацию твёрдых тел. Твёрдые тела делятся на…

  1. Кристаллы (кристаллические тела)
  2. Аморфные тела
  3. Композиты (композитные тела) (рис. 1)

Рис. 1. Примеры кристаллических (соль) и аморфных (воск) твёрдых тел соответственно (Источник), (Источник)

Рассмотри кристаллические тела:

Определение.Кристаллы – твёрдые тела, у которых наблюдается упорядоченное расположение атомов или молекул (см. рис. 2).

Рис. 2. Пример кристаллической решётки (каменная соль) (Источник)

Кристаллы, в свою очередь, также делятся на два класса:

1. Монокристаллы, то есть вся структура тела представлена единым кристаллом (алмаз, рубин, сапфир…)

2. Поликристаллы, то есть структура тела представляет собой объёдинение большого количества малых кристаллов (гранит, большинство металлов…)

Следует также знать, что кристаллическая структура не является свойством, характерным для одних химических элементов или соединений, а для других нехарактерным. Дело в том, что многие твёрдые тела обладают так называемым свойством полиморфизма.

Определение. Полиморфизм – свойство твёрдых тел существовать в состоянии с различной кристаллической решёткой. Например, уже приводимые на одном из прошлых уроков в качестве примера алмаз и графит оба состоят из углерода, однако с различным расположением его атомов.

Кристаллы могут быть распределены на две группы также и по следующим свойствам: изотропия и анизотропия.

Определение. Анизотропия – зависимость физических свойств кристалла от направления. То есть кристаллическая структура не симметрична, и существует несколько осей, вдоль которых у кристалла проявляются различные свойства (механические, электрические, оптические). Анизотропия свойственна монокристаллам.

Изотропия – независимость физических свойств кристалла от направления. Свойственна поликристаллам, потому как несимметрические монокристаллы ориентируются хаотически, сводя на нет несимметричность.

Ещё одним принципом, по которому можно классифицировать кристаллы, является природа связей, которые удерживают узлы кристаллической решётки вместе:

  1. Молекулярные связи характерны для кристаллов с очень низкой механической твёрдостью (кристаллы на основе водорода и гелия)
  2. Ковалентные связи характерны, напротив, для кристаллов с высокой прочностью (алмаз)
  3. Ионные связи (соли)
  4. Металлические связи (металлы)

Перейдём к рассмотрению аморфных тел:

Определение. Аморфные тела – тела, не имеющие строгой кристаллической решётки, бесформенные тела (смола, стекло, графит…).

Аморфные тела ещё называют переохлаждёнными вязкими жидкостями в связи с тем, что у них нет строгой температуры плавления, потому как нет явного перехода от твёрдого состояния до жидкого: с увеличением температуры аморфные тела стают только более текучими, а свойство текучести сохраняется у них даже при низких температурах.

Перейдём к рассмотрению композитных тел:

Определение. Композитные тела – искусственно созданные твёрдые тела, состоящие из жёсткой матрицы и нитевидного кристаллического наполнителя. Благодаря разнообразным комбинированиям этих двух составляющих, можно получать желаемую прочность, гибкость, упругость и т. д. материала.

Рассмотрим теперь такой физический процесс, как деформация, и опишем различные её разновидности.

Определение. Деформация – изменение формы или объёма твёрдого тела. Различают пять видов деформаций:

  1. Растяжение – увеличение расстояния между молекулярными рядами
  2. Сжатие – уменьшение расстояния между молекулярными рядами
  3. Сдвиг – смещение молекулярных рядов друг относительно друга без изменения расстояния между ними
  4. Кручение – поворот молекулярных рядов друг относительно друга
  5. Изгиб – комбинация деформаций сжатия и растяжения

Совершенно очевидно, что для того, чтобы произвести деформацию тела, необходимо приложить силу.  Но, по третьему закону Ньютона, со стороны тела будет действовать сила противодействия, или, как её назвали, сила упругости.

Существует закон, позволяющий определить величину этой силы в зависимости от величины деформации. Этот закон носит имя Роберта Гука – английского учёного (рис. 3).

Но прежде, чем вывести его, сформулируем некоторые параметры материала и деформации.

Определение. Абсолютная деформация (сдвига) — :

Здесь:  — конечная длина тела;  — начальная длина тела.

Относительная деформация – :

Механическое напряжение – :

Здесь:  — сила упругости, действующая внутри тела;  — площадь сечения тела, перпендикулярного к направлению вектора силы.

Закон Роберта Гука в общем виде выглядит следующим образом:

Здесь:  — модуль Юнга или модуль упругости, табличная величина, характеризующая упругие качества вещества.

          Увидим теперь, как можно связать вышеприведённую формулировку закона Гука со знакомой нам ещё из курса динамики:

Подставим в формулу закона Гука в общем виде все определения для нововведенных величин:

Выразим из этого выражения силу:

Следовательно:

Очень важным является тот факт, что, во-первых, закон Гука, сформулированный на этом уроке, является более общим, нежели известный нам ранее, а во-вторых, закон Гука выполним только при небольших деформациях.

Рис. 3. Роберт Гук (Источник)

Для иллюстрации деформационных качеств твёрдого тела очень хорошо подходит диаграмма растяжений, то есть график зависимости механического напряжения от относительной деформации (см рис. 4).

Рис. 4. Диаграмма растяжений

Участок ОА называется участком упругости, то есть при растяжениях, попадающих в этот участок, после снятия напряжения с образца тело принимает свою первоначальную форму и объём. Значение механического напряжения в точке А называется механическим напряжением пропорциональности.

Участок СD, напротив, называется областью текучести, и при деформации большей, чем значение в точке C, деформация становится эластичной, то есть тело не возвращается в начальное состояние после снятия напряжения. Именно по величине этой зоны определяется устойчивость образца к разрыву.

Значение механического напряжения в точке E называется пределом прочности и соответствует той границе, при переходе которой образец разрушается.

В технике часто используется понятие «коэффициент безопасности».

Определение. Коэффициент безопасности – отношение механического напряжения пропорциональности к максимальному механическому напряжению, которое испытывает деталь, строение.

Особенный интерес представляют собой тела, называющиеся жидкими кристаллами.

Определение. Жидкие кристаллы – тела, одновременно обладающие свойствами кристаллов (упорядоченное строение молекул и атомов) и жидкостей (текучесть). Важнейшее свойство жидких кристаллов – оптическая анизотропия, то есть неодинаковое прохождение света по разным направлениям.

Все жидкие кристаллы разделены на три типа (рис. 5):

  1. Нематики – кристаллы имеют нитевидную структуру
  2. Смектики – представляют собой некие мыльные растворы
  3. Холестерики – содержат в своём составе холестерин

Рис. 5. Схема ориентации молекул различных типов жидких кристаллов (Источник)

На следующем уроке мы начнём изучение нового раздела физики – термодинамики.

Список литературы

  1. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Молекулярная физика. Термодинамика. – М.: Дрофа, 2010.
  2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. – М.: Илекса, 2005.
  3. Касьянов В.А. Физика 10 класс. – М.: Дрофа, 2010.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Домашнее задание

  1. Стр. 79: №  605–610. Физика. Задачник. 10-11 классы. Рымкевич А.П. – М.: Дрофа, 2013. (Источник)
  2. Как можно доказать, что стекло – аморфное тело, а соль – кристаллическое?
  3. В таблицах температур плавления нет данных для парафина. Почему?
  4. * Каково механическое напряжение вблизи основания стального столба высотой 50 м?

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

Вещества и их свойства. Физические и химические явления. — Основы химии на Ида Тен

Свойства физики

За последние 200 лет человечество изучило свойства веществ лучше, чем за всю историю развития химии. Естественно, количество веществ так же стремительно растет, это связано, прежде всего, с освоением различных методов получения веществ.

В повседневной жизни мы сталкиваемся с множеством веществ. Среди них – вода, железо, алюминий, пластмасса, сода, соль и множество других.

Вещества, существующие в природе, например, кислород и азот, содержащиеся в воздухе, вещества, растворенные в воде, и имеющие природное происхождение, называются природными веществами.

Алюминия, цинка, ацетона, извести, мыла, аспирина, полиэтилена и многих других веществ в природе не существует.

Их получают в лаборатории, и производит промышленность. Искусственные вещества не встречаются в природе, их создают из природных веществ. Некоторые вещества, существующие в природе, можно получить и в химической лаборатории.

Так, при нагревании марганцовки выделяется кислород, а при нагревании мела – углекислый газ. Ученые научились превращать графит в алмаз, выращивают кристаллы рубина, сапфира и малахита. Итак, наряду с веществами природного происхождения существует огромное множество и искусственно созданных веществ, не встречающихся в природе.

Вещества, не встречающиеся в природе, производятся на различных предприятиях: фабриках, заводах, комбинатах и т.п.

В условиях исчерпания природных ресурсов нашей планеты, сейчас перед химиками стоит важная задача: разработать и внедрить методы, при помощи которых можно искусственно, в условиях лаборатории, или промышленного производства, получать вещества, являющиеся аналогами природных веществ. Например, запасы топливных ископаемых в природе на исходе.

Может настать тот момент, когда нефть и природный газ закончатся. Уже сейчас ведутся разработки новых видов топлива, которые были бы такими же эффективными, но не загрязняли окружающую среду. На сегодняшний день человечество научилось искусственно получать различные драгоценные камни, например, алмазы, изумруды, бериллы.

Агрегатное состояние вещества

Вещества могут существовать в нескольких агрегатных состояниях, три из которых вам известны: твердое, жидкое, газообразное. Например, вода в природе существует во всех трех агрегатных состояниях: твердом (в виде льда и снега), жидком (жидкая вода) и газообразном (водяной пар).

Известны вещества, которые не могут существовать в обычных условиях во всех трех агрегатных состояниях. Например, таким веществом является углекислый газ. При комнатной температуре это газ без запаха и цвета.

При температуре –79°Сданное вещество «замерзает» и переходит в твердое агрегатное состояние. Бытовое (тривиальное) название такого вещества «сухой лед».

Такое название дано этому веществу из-за того, что «сухой лед» превращается в углекислый газ без плавления, то есть, без перехода в жидкое агрегатное состояние, которое присутствует, например, у воды.

:  Химические свойства кислорода

Таким образом, можно сделать важный вывод. Вещество при переходе из одного агрегатного состояния в другое не превращается в другие вещества. Сам процесс некоего изменения, превращения, называется явлением.

Физические явления. Физические свойства веществ.

Явления, при которых вещества изменяют агрегатное состояние, но при этом не превращаются в другие вещества, называют физическими. Каждое индивидуальное вещество обладает определенными свойствами. Свойства веществ могут быть различными или сходными друг с другом. Каждое вещество описывают при помощи набора физических и химических свойств.

Рассмотрим в качестве примера воду. Вода замерзает и превращается в лед при температуре 0°С, а закипает и превращается в пар при температуре +100°С. Данные явления относятся к физическим, так как вода не превратилась в другие вещества, происходит только изменение агрегатного состояния.

Данные температуры замерзания и кипения – это физические свойства, характерные именно для воды.

Свойства веществ, которые определяют измерениями или визуально при отсутствии превращения одних веществ в другие, называют физическими

Испарение спирта, как и испарение воды – физические явления, вещества при этом изменяют агрегатное состояние. После проведения опыта можно убедиться, что спирт испаряется быстрее, чем вода – это физические свойства этих веществ.

К основным физическим свойствам веществ можно отнести следующие: агрегатное состояние, цвет, запах, растворимость в воде, плотность, температура кипения, температура плавления, теплопроводность, электропроводность.

Такие физические свойства как цвет, запах, вкус, форма кристаллов, можно определить визуально, с помощью органов чувств, а плотность, электропроводность, температуру плавления и кипения определяют измерением. Сведения о физических свойствах многих веществ собраны в специальной литературе, например, в справочниках.

Физические свойства вещества зависят от его агрегатного состояния. Например, плотность льда, воды и водяного пара различна.

Газообразный кислород бесцветный, а жидкий – голубой Знание физических свойств помогает «узнавать» немало веществ. Например, медь – единственный металл красного цвета. Соленый вкус имеет только поваренная соль.

Иод – почти черное твердое вещество, которое при нагревании превращается в фиолетовый пар. В большинстве случаев для определения вещества нужно рассматривать несколько его свойств.

В качестве примера охарактеризуем физические свойства воды:

  • цвет – бесцветная (в небольшом объеме)
  • запах – без запаха
  • агрегатное состояние – при обычных условиях жидкость
  • плотность – 1 г/мл,
  • температура кипения – +100°С
  • температура плавления – 0°С
  • теплопроводность – низкая
  • электропроводность – чистая вода электричество не проводит

Кристаллические и аморфные вещества

При описании физических свойств твердых веществ принято описывать структуру вещества. Если рассмотреть образец поваренной соли под увеличительным стеклом, можно заметить, что соль состоит из множества мельчайших кристаллов. В соляных месторождениях можно встретить и весьма крупные кристаллы.

Кристаллы – твердые тела, имеющие форму правильных многогранников Кристаллы могут иметь различную форму и размер. Кристаллы некоторых веществ, таких как поваренная сольхрупкие, их легко разрушить. Существуют кристаллы довольно твердые. Например, одним из самых твердых минералов считается алмаз.

Если рассматривать кристаллы поваренной соли под микроскопом, можно заметить, что все они имеют похожее строение. Если же рассмотреть, например, частицы стекла, то все они будут иметь различное строение – такие вещества называют аморфными. К аморфным веществам относят стекло, крахмал, янтарь, пчелиный воск.

Аморфные вещества – вещества, не имеющие кристаллического строения

Химические явления. Химическая реакция.

Если при физических явлениях вещества, как правило, лишь изменяют агрегатное состояние, то при химических явлениях происходит превращение одних веществ в другие вещества.

Приведем несколько простых примеров: горение спички сопровождается обугливанием древесины и выделением газообразных веществ, то есть, происходит необратимое превращение древесины в другие вещества.

Другой пример: со временем бронзовые скульптуры покрываются налетом зеленого цвета. Дело в том, что в состав бронзы входит медь.

Этот металл медленно взаимодействует с кислородом, углекислым газом и влагой воздуха, в результате на поверхности скульптуры образуются новые вещества зеленого цвета Химические явления – явления превращений одних веществ в другие Процесс взаимодействия веществ с образованием новых веществ называют химической реакцией. Химические реакции происходят повсеместно вокруг нас. Химические реакции происходят и в нас самих. В нашем организме непрерывно происходят превращения множества веществ, вещества реагируют друг с другом, образуя продукты реакции. Таким образом, в химической реакции всегда есть реагирующие вещества, и вещества, образовавшиеся в результате реакции.

  • Химическая реакция – процесс взаимодействия веществ, в результате которого образуются новые вещества с новыми свойствами
  • Реагенты – вещества, вступающие в химическую реакцию
  • Продукты – вещества, образовавшиеся в результате химической реакции

Химическая реакция изображается в общем виде схемой реакции РЕАГЕНТЫ -> ПРОДУКТЫ

  • реагенты – исходные вещества, взятые для проведения реакции;
  • продукты – новые вещества, образовавшиеся в результате протекания реакции.

Любые химические явления (реакции) сопровождаются определенными признаками, при помощи которых химические явления можно отличить от физических. К таким признакам можно отнести изменение окраски веществ, выделение газа, образование осадка, выделение тепла, излучение света.

Многие химические реакции сопровождаются выделением энергии в виде тепла и света. Как правило, такими явлениями сопровождаются реакции горения. В реакциях горения на воздухе вещества реагируют с кислородом, содержащимся в воздухе. Так, например, металл магний вспыхивает и горит на воздухе ярким слепящим пламенем.

Именно поэтому вспышку магния использовали при создании фотографий в первой половине ХХ века.В некоторых случаях возможно выделение энергии в виде света, но без выделения тепла. Один из видов тихоокеанского планктона способен испускать ярко-голубой свет, хорошо заметный в темноте.

Выделение энергии в виде света – результат химической реакции, которая протекает в организмах данного вида планктона.

Итог статьи:

  • Существуют две большие группы веществ: вещества природного и искусственного происхождения
  • В обычных условиях вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях
  • Свойства веществ, которые определяют измерениями или визуально при отсутствии превращения одних веществ в другие, называют физическими
  • Кристаллы – твердые тела, имеющие форму правильных многогранников
  • Аморфные вещества – вещества, не имеющие кристаллического строение
  • Химические явления – явления превращений одних веществ в другие
  • Реагенты – вещества, вступающие в химическую реакцию
  • Продукты – вещества, образующиеся в результате химической реакции
  • Химические реакции могут сопровождаться выделением газа, осадка, тепла, света; изменением окраски веществ
  • Горение – сложный физико-химический процесс превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе химической реакции, сопровождающийся интенсивным выделением тепла и света (пламени)

Источник: https://idaten.ru/chemistry/veshestva-i-ih-svoistva-fizicheskie-i-himicheskie-yavleniya

Свойства физики

Свойства физики

Такая категория, как физические свойства является самым широким синтетическим понятием, характеризующие довольно обширный спектр свойств явлений, предметов и веществ, без которых вся познавательная деятельность любого человека немыслима.

Также все эти свойства характеризуют нехимические свойства многих веществ, именно такие, которые присущи веществу, не учитывая его взаимодействия с иными элементами.

Именно к ним можно отнести следующие свойства: плотность вещества, теплопроводность и теплоёмкость, показатели температуры кипения и плавления.

В свою очередь, к электрофизическим свойствам относят диэлектрическую проницаемость и теплопроводность, индуктивность. Самыми главными могут выступить следующие свойства:

  • концентрация;
  • цвет;
  • абсорбция.

Замечание 1

Главным условием для понимания всей сущности физических свойств и характеристик, которые они отражают, может сыграть такой факт, что вещество бывает химически стабильным и нейтральным лишь тогда, когда самыми стабильными могут являться состав и структура его молекул. Все это важно, потому как, находясь в постоянном агрегатном состоянии, физические свойства вещества бывают самыми разнообразными. Такие различия предопределяются различными обстоятельствами.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Физические свойства веществ

Конечно же, все без исключения вещества, которые находятся в природе, могут обладать такими физическими свойствами, при этом сразу определяют место и роль его в природных процессах.

К примеру, температура плавления (очень часто данное свойство во многих справочниках приводится именно как температура отвердевания), и это является тем температурным рубежом, при котором любое твердое кристаллическое тело может переходить в жидкое состояние.

Поэтому в определении очень важно понимать, что главным словом является именно слово «может», это значит, что при такой температуре, любое вещество находится в жидком и в твердом состоянии.

Рисунок 1. Физические свойства металлов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Но при этом, если температуру немного увеличить, то вещество, конечно же, может просто перейти в жидкое состояние, либо, наоборот, в твердое. Именно данная физическая характеристика вещества тесно связана с иным свойством, то есть температурой кипения, при этом все свойства постепенно становятся тождественными лишь в том случае, если разговор пойдет о чистом веществе.

Рассматривая физические свойства следует учитывать:

  • электрическую проводимость;
  • электропроводность.

Относятся такие свойства к подгруппе электрофизических. Все свойства характеризуют возможность пропустить через тело человека электроток. И в зависимости от этого, все тела, которые проводят электрический ток, называют проводниками, а те что не пропускают электрический ток, называют диэлектриками.

Изучая данные физические характеристики, можно сделать вывод именно о химических свойствах. Также у проводников всегда существуют свободные носители электрического заряда, а диэлектрики таких носителей не имеют. Данное утверждение позволяет сделать вывод, что физические свойства довольно тесно связаны с химическими свойствами, и они взаимосвязаны друг с другом.

При помощи физических параметров описывают просто огромное количество предметов и веществ, которые окружают нас.

К примеру:

  1. Самые главные у азота физические свойства – это такие вещества, являющиеся важным компонентом воздуха, которым мы постоянно дышим. Также азот — бесцветный газ, имеет температуру плавления примерно $-210 \circ C$, а закипает азот при температуре в $-196 \circ C$. Еще азот растворяется в воде, его плотность составляет $0,0012506 г/см3$. При температуре $25 \circ C$ диэлектрическая проницаемость азота равняется 1,000528.
  2. Рассмотрим физические свойства озона, он характеризуются так: озон – бесцветный газ, имеет свой специфический вкус и запах, при этом в жидком состоянии он имеет темно-синий оттенок, в твердом состоянии становится просто черным. Температура плавления озона примерно равна -193 градуса, а при $-112 \circ C$ он закипает. Еще озон растворяется в воде, и, конечно имеет диэлектрическую проницаемость, которая равна 1,0019 (но при $0 \circ C$), а при $20 \circ C$ плотность его составляет $0,002144 г/см3$.

Физическими свойствами являются различные характеристики вещества либо объекта, которые можно измерить или воспринять при сохранении их идентичности.

Разновидность физических свойств

Все физические свойства можно разделить на:

  1. Интенсивные либо обширные. Данные свойства, совершенно, не зависят от количества или размера характеристик в объекте, а обширные отличительные свойства могут показать всю индивидуальность любого объекта.
  2. Изотропные, то есть в дополнение к обширности, многие свойства бывают изотропные, если все ценности никак не зависят от руководства наблюдения.
  3. Анизотропные.

Поэтому, физические свойства являются не модальной характеристикой. Довольно часто, трудно определить, может ли быть собственность физической или не может. К примеру, цвет можно увидеть.

Но это всё то, что чувствуем мы, потому, что цвет — проявление именно рефлексивных свойств сетчатки глаза. Конечно же, много физических свойств могут носить субъективный характер.

При этом субъективным физическим свойством является то, которое можно определить в зависимости от состояния и деятельности рефлекторной деятельности любого индивидуума.

Замечание 2

Все физические свойства можно противопоставить химическим свойствам, которые определяют способ, как может материал вести себя в химической реакции.

Перечень физических свойств

Также физические свойства объекта можно определить как обычно в ньютоновском рассмотрении. Это все физические свойства, которые может иметь объект, включают:

  • плотность, проводимость, концентрация;
  • цвет, область, ёмкость, точка кипения;
  • скорость и теплопередача, напряженность поля;
  • электрический потенциал, электрическая область, эффективность;
  • распределение, диэлектрик, податливость;
  • давление, диэлектрическая постоянная, проходимость;
  • сияние, интенсивность, индуктивность;
  • частота, расход, эмиссия, текучесть;
  • масса, магнитный поток и магнитное поле;
  • импульс, момент инерции, точка плавления;
  • местоположение, размер, светимость;
  • температура, сопротивление и блеск, растворимость;
  • сила, вращение, объем;
  • поглощение, вязкость, и прочее.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/svoystva_fiziki/

Booksm
Добавить комментарий