Между молекулами существуют промежутки потому что молекулы беспорядочно двигаются

Взаимное притяжение и отталкивание молекул

Урок 5. Физика 7 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Взаимное притяжение и отталкивание молекул»

Взаимное притяжение и отталкивание молекул

Ум заключается не только в знании,

но и в умении применять эти знания

Прошедшие темы были посвящены строению вещества. При изучении этих тем было установлено, что все тела состоят из мельчайших частичек – молекул. Размеры молекул очень и очень малы. Молекулы, в свою очередь, строятся из атомов. Между мельчайшими частицами вещества есть промежутки. Возникает вопрос: каким же образом тогда твердые тела сохраняют форму и объем? Почему ни твердые тела, ни жидкости просто не распадаются на мелкие частицы? Дело в том, что между молекулами существует взаимное притяжение. Соседние молекулы притягиваются друг к другу. Конечно, такое притяжение между двумя молекулами очень слабое и его едва ли можно измерить. Однако, известно, что количество молекул в теле может быть просто огромно. Поэтому, когда речь идет о притяжении миллионов и миллиардов молекул, такое притяжение вполне ощутимо. Обратимся к бытовому опыту: можно легко порвать бумагу. Чтобы сломать карандаш, нужно приложить уже более существенное усилие.

Но и в том, и в другом случае, усилия идут на преодоление притяжения между молекулами. Но притяжение между молекулами в разных веществах различно. Именно поэтому, одни тела значительно прочнее других. Например, чтобы сломать металлическую ложку нужно приложить значительно большую силу, чем для того, чтобы сломать карандаш.

Необходимо отметить, что взаимное притяжение молекул проявляется только тогда, когда они находятся на расстоянии, сравнимом с их размером. То есть, если между двумя молекулами можно втиснуть только одну молекулу, то между ними будет наблюдаться взаимное притяжение.

Если же расстояние между ними увеличить, то притяжение очень быстро ослабевает. Проведем следующий опыт: возьмем свинцовый цилиндр и разрежем его на две части.

Отполируем торцы каждого из полученных цилиндров. Если теперь соединить эти цилиндры и прижать друг к другу, то они сцепятся. Причем, в отдельных случаях, эта сцепка может быть достаточно прочной, чтобы выдержать вес цилиндра. Дело в том, что поверхности этих цилиндров были практически идеально гладкими. Когда сдавили эти цилиндры, расстояния между молекулами обеих половинок стали сравнимы с размерами самих молекул, и они начали притягиваться. В то же время, сломав карандаш, мы не сможем воссоединить его части снова. Это объясняется тем, что на поверхности древесины существует очень много неровностей, которые не позволяют сблизить молекулы на достаточно близкое расстояние.

Можно заметить следующее: если молекулы, оказавшись на достаточно близком расстоянии, начинают притягиваться, то почему тогда все молекулы в теле не слипаются? Ведь между молекулами существуют промежутки. Дело в том, что когда молекулы оказываются слишком близко, между ними возникает взаимное отталкивание. Этим объясняется сопротивление, которое чувствуется при сжатии тел. Более того, некоторые тела после того, как их сжали, распрямляются. Это происходит потому, что при сжатии молекулы сближаются на расстояния, меньше, чем размеры самих молекул, и возникает взаимное отталкивание. Итак, на расстояниях, сравнимых с размерами молекул заметнее проявляется взаимное притяжение, а на более близких расстояниях – взаимное отталкивание.

Рассмотрим еще одно явление, доказывающее существование взаимного притяжения молекул. Это явление смачивания. Если намочить лист бумаги, то он значительно сильнее прилипает ко многим твердым телам (например, к другому листку бумаги, к столу, к стене и так далее). Это объясняется тем, что между молекулами воды и молекулами некоторых твердых тел возникает взаимное притяжение. Можно провести и другой опыт. Подвесим на пружину стеклянную пластину так, как показано на рисунке.

Опустим ее в сосуд с водой так, чтобы поверхности пластины и воды соприкасались. Если теперь попытаться оторвать стеклянную пластину от поверхности воды, то прежде чем это удастся, пружина заметно растянется. А это свидетельствует о том, что встретилось некое сопротивление. Это сопротивление вызвано ничем иным, как взаимным притяжением молекул.

Здесь следует обратить внимание на важную деталь: после отрывания стеклянной пластины от поверхности воды, на поверхности пластины все же останется тонкий слой воды. Можно сделать следующий вывод: разрыв произошел между молекулами воды, а не между молекулами воды и стекла. Следовательно, притяжение между молекулами воды и стекла сильнее, чем притяжение между молекулами воды друг к другу. Однако так происходит далеко не всегда. Например, вода не смачивает жирные тела. Итак, если наблюдается явление смачивания, значит, молекулы воды сильнее притягиваются к молекулам твердого тела, чем друг к другу. Если же явления смачивания не происходит, то это значит, что молекулы воды сильнее притягиваются друг к другу, чем к молекулам твердого тела.

Человек может писать ручкой на бумаге только благодаря явлению смачивания: ведь чернила оставляют слой на бумаге. Если бы не было явления смачивания, люди не смогли бы вытереть посуду после мытья.

– Между молекулами существует взаимное притяжение и отталкивание.

– Притяжение проявляется только на расстояниях, сравнимых с размерами самих молекул. При дальнейшем сближении молекул происходит отталкивание.

– Смачивание возникает в тех случаях, когда притяжение между молекулами воды и твердого тела сильнее, чем притяжение между молекулами воды. Если же притяжение между молекулами воды сильнее, чем притяжение между молекулами твердого тела и молекулами воды, то явление смачивания не происходит.

Источник

Тепловое движение атомов и молекул. Связь температуры вещества со скоростью хаотического движения частиц. Броуновское движение. Диффузия. Тепловое равновесие

1. В 1827 г. английский ботаник Р. Броун, изучая с помощью микроскопа частички цветочной пыльцы, взвешенные в воде, заметил, что эти частички совершают беспорядочное движение; они как бы дрожат в воде.

Причину движения частиц пыльцы долго не могли объяснить. Сам Броун предположил вначале, что они движутся, потому что они живые. Движение частиц пытались объяснить неодинаковым нагреванием разных частей сосуда, происходящими химическими реакциями и т.д. Лишь значительно позже поняли истинную причину движения частиц, взвешенных в воде. Эта причина — движение молекул.

Молекулы воды, в которой находится частица пыльцы, движутся и ударяются о неё. При этом с разных сторон о частицу ударяется неодинаковое число молекул, что и приводит к её перемещению.

Пусть в момент времени ​ \( t_1 \) ​ под действием ударов молекул воды частица переместилась из т. А в т. В. В следующий момент времени большее число молекул ударяется о частицу с другой стороны, и направление её движения изменяется, она перемещается из т. В в т. С. Таким образом, движение частицы пыльцы является следствием движения и ударов о неё молекул воды, в которой пыльца находится (рис. 65). Подобное явление можно наблюдать, если поместить в воду частицы краски или сажи.

На рисунке 65 показана траектория движения частицы пыльцы. Видно, что нельзя говорить о каком-то определённом направлении её движения; оно всё время меняется.

Поскольку движение частицы — следствие движения молекул, то можно заключить, что молекулы движутся беспорядочно (хаотически). Иными словами, нельзя выделить какое-то определённое направление, в котором движутся все молекулы.

Движение молекул никогда не прекращается. Можно сказать, что оно непрерывно. Непрерывное хаотическое движение атомов и молекул называют тепловым движением. Такое название определяется тем, что скорость движения молекул зависит от температуры тела.

Поскольку тела состоят из большого числа молекул и движение молекул беспорядочно, то нельзя точно сказать, сколько ударов будет испытывать та или иная молекула со стороны других. Поэтому говорят, что положение молекулы, её скорость в каждый момент времени случайны. Однако это не означает, что движение молекул не подчиняется определённым законам. В частности, хотя скорости молекул в некоторый момент времени различны, у большинства из них значения скорости близки к некоторому определённому значению. Обычно, говоря о скорости движения молекул, имеют в виду среднюю скорость ​ \( (v_<ср>) \) ​.

2. С точки зрения движения молекул можно объяснить такое явление, как диффузия.

Диффузией называется явление проникновения молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого вещества.

Мы ощущаем запах духов на некотором расстоянии от флакона. Это объясняется тем, что молекулы духов, так же как и молекулы воздуха, движутся. Между молекулами существуют промежутки. Молекулы духов проникают в промежутки между молекулами воздуха, а молекулы воздуха — в промежутки между молекулами духов.

Диффузию жидкостей можно наблюдать, если в мензурку налить раствор медного купороса, а сверху — воду так, чтобы между этими жидкостями была резкая граница. Через два-три дня можно заметить, что граница уже не будет такой резкой; через неделю она совсем размоется. Спустя месяц жидкость станет однородной и во всем сосуде будет окрашена одинаково (рис. 66).

В этом опыте молекулы медного купороса проникают в промежутки между молекулами воды, а молекулы воды — в промежутки между молекулами медного купороса. При этом следует иметь в виду, что плотность медного купороса больше, чем плотность воды.

Опыты показывают, что диффузия в газах происходит быстрее, чем в жидкостях. Это объясняется тем, что газы имеют меньшую плотность, чем жидкости, т.е. молекулы газов расположены на больших расстояниях друг от друга. Ещё медленнее происходит диффузия в твёрдых телах, поскольку молекулы твёрдых тел находятся ещё ближе друг к другу, чем молекулы жидкостей.

В природе, технике, быту можно обнаружить множество явлений, в которых проявляется диффузия: окрашивание, склеивание и др. Диффузия имеет большое значение в жизни человека. В частности, благодаря диффузии кислород в организм человека поступает не только через лёгкие, но и через кожу. По этой же причине питательные вещества проникают из кишечника в кровь.

Скорость диффузии зависит не только от агрегатного состояния вещества, но и от температуры.

Если приготовить два сосуда с водой и медным купоросом для проведения опыта по диффузии и один из них поставить в холодильник, а другой оставить в комнате, то можно обнаружить, что при более высокой температуре диффузия будет происходить быстрее. Это происходит потому, что при повышении температуры быстрее движутся молекулы. Таким образом, скорость движения молекул
и температура тела связаны между собой.

Чем больше средняя скорость движения молекул тела, тем выше его температура.

3. Молекулярная физика в отличие от механики изучает системы (тела), состоящие из большого числа частиц. Эти тела могут находиться в различных состояниях.

Величины, характеризующие состояние системы (тела), называются параметрами состояния. К параметрам состояния относят давление, объём, температуру.

Возможно такое состояние системы, при котором параметры, характеризующие его, остаются неизменными сколь угодно долго при отсутствии внешних воздействий. Это состояние называется тепловым равновесием.

Так, объём, температура, давление жидкости в сосуде, находящейся в тепловом равновесии с воздухом в комнате, не изменяются, если для этого не будет каких-либо внешних причин.

4. Состояние теплового равновесия системы характеризует такой параметр, как температура. Особенностью его является то, что значение температуры во всех частях системы, находящейся в состоянии теплового равновесия, одинаково. Если опустить в стакан с горячей водой серебряную ложку (или ложку из любого другого металла), то ложка будет нагреваться, а вода — остывать. Это будет происходить до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие, при котором ложка и вода будут иметь одинаковую температуру. В любом случае, если взять два различно нагретых тела и привести их в соприкосновение, то более нагретое тело будет остывать, а более холодное — нагреваться. Через некоторое время система, состоящая из этих двух тел, придёт в тепловое равновесие, и температура этих тел станет одинаковой.

Так, одинаковой станет температура ложки и воды, когда они придут в тепловое равновесие.

Температура — это физическая величина, которая характеризует тепловое состояние тела.

Так, температура горячей воды выше, чем холодной; зимой температура воздуха на улице ниже, чем летом.

Единицей температуры является градус Цельсия (°С). Температуру измеряют термометром.

В основе устройства термометра и соответственно способа измерения температуры лежит зависимость свойств тел от температуры, в частности свойство тела расширяться при нагревании. В термометрах могут быть использованы разные тела: и жидкие (спирт, ртуть), и твёрдые (металлы) и газообразные. Их называют термометрическими телами. Термометрическое тело (жидкость или газ) помещают в трубку, снабжённую шкалой, её приводят в соприкосновение с телом, температуру которого хотят измерить.

При построении шкалы выбирают две основные (реперные, опорные) точки, которым приписывают определённые значения температуры, и интервал между ними делят на несколько частей. Значение каждой части соответствует единице температуры по данной шкале.

Температуру по абсолютной шкале обозначают буквой ​ \( T \) ​. Связь между температурой по абсолютной шкале ​ \( (T) \) ​ и температурой по шкале Цельсия ​ \( (^\circ) \) ​ выражается формулой:

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. Броуновское движение частиц краски в воде является следствием

1) притяжения между атомами и молекулами
2) отталкивания между атомами и молекулами
3) хаотического и непрерывного движения молекул
4) перемещения слоёв воды из-за разности температуры нижних и верхних слоёв

2. В какой из приведённых ниже ситуаций речь идёт о броуновском движении?

1) беспорядочное движение пылинок в воздухе
2) распространение запахов
3) колебательное движение частиц в узлах кристаллической решётки
4) поступательное движение молекул газа

А. Отсутствует выделенное направление движения молекул.
Б. Движение молекул не подчиняется никаким законам.

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

4. Положение молекулярно-кинетической теории строения вещества о том, что частицы вещества участвуют в непрерывном хаотическом движении, относится

1) только к газам
2) только жидкостям
3) только к газам и жидкостям
4) к газам, жидкостям и твёрдым телам

5. Какое (-ие) положение (-я) молекулярно-кинетической теории строения вещества подтверждает явление диффузии?

А. Молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении
Б. Между молекулами существуют промежутки

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

6. При одинаковой температуре диффузия в жидкостях происходит

1) быстрее, чем в твёрдых телах
2) быстрее, чем в газах
3) медленнее, чем в твёрдых телах
4) с той же скоростью, что и в газах

7. Укажите пару веществ, скорость диффузии которых наименьшая при прочих равных условиях

1) раствор медного купороса и вода
2) пары эфира и воздух
3) железная и алюминиевая пластины
4) вода и спирт

8. Вода кипит и превращается в пар при температуре 100 °С. Средняя скорость движения молекул пара

1) равна средней скорости движения молекул воды
2) больше средней скорости движения молекул воды
3) меньше средней скорости движения молекул воды
4) зависит от атмосферного давления

9. Тепловое движение молекул

1) прекращается при 0 °С
2) прекращается при 100 °С
3) непрерывно
4) имеет определённое направление

10. Воду нагревают от комнатной температуры до 80 °С. Что происходит со средней скоростью движения молекул воды?

1) уменьшается
2) увеличивается
3) не изменяется
4) сначала увеличивается, а начиная с некоторого значения температуры, остаётся неизменной

11. Один стакан с водой стоит на столе в тёплом помещении, другой — в холодильнике. Средняя скорость движения молекул воды в стакане, стоящем в холодильнике

1) равна средней скорости движения молекул воды в стакане, стоящем на столе
2) больше средней скорости движения молекул воды в стакане, стоящем на столе
3) меньше средней скорости движения молекул воды в стакане, стоящем на столе
4) равна нулю

12. Из перечня приведённых ниже высказываний выберите два правильных и запишите их номера в таблицу

1) тепловое движение молекул происходит только при температуре большей 0 °С
2) диффузия в твёрдых телах невозможна
3) между молекулами одновременно действуют силы притяжения и силы отталкивания
4) молекула — это наименьшая частица вещества
5) скорость диффузии увеличивается с повышением температуры

13. В кабинет физики принесли ватку, смоченную духами, и сосуд, в который налили раствор медного купороса (раствор голубого цвета), а поверх осторожно налили воду (рис. 1). Было замечено, что запах духов распространился по объёму всего кабинета за несколько минут, тогда как граница между двумя жидкостями в сосуде исчезла только через две недели (рис. 2).

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений. Укажите их номера.

1) Процесс диффузии можно наблюдать в газах и жидкостях.
2) Скорость диффузии зависит от температуры вещества.
3) Скорость диффузии зависит от агрегатного состояния вещества.
4) Скорость диффузии зависит от рода жидкостей.
5) В твёрдых телах скорость диффузии наименьшая.

Источник