Рассмотрим три агрегатные состояния вещества
: твердое тело, жидкость и газ. Мы привыкли, что железо твердое, ртуть жидкая, а кислород газообразный. Однако всем вам хорошо известна вещество, при обычных для нас условиях можно наблюдать сразу в трех агрегатных состояниях.
Что же это за вещество?
Разумеется, это вода. А его состояния имеют свои специальные названия: лед, вода и пар.
Надо понимать, что любое вещество при определенных условиях может находиться в любом из трех агрегатных состояний.
Как вы думаете, которая известна вам величина наиболее заметно влияет на агрегатное состояние вещества?
Это температура. При нагревании вещество может переходить из твердого агрегатного состояния в жидкое, а затем в газообразное. А при охлаждении все процессы идут в обратном направлении. Как и почему это происходит, мы рассмотрим с вами позже. Приведем несколько примеров. Все знают, что металлы можно расплавить, то есть превратить в жидкость. Для большинства металлов это происходит при температуре в несколько тысяч градусов. Для плавления вольфрама, из которого изготавливают нити накаливания ламп, нужна температура свыше 3000 ° C. Знаете ли вы, что во время работы электрической лампы вольфрам понемногу испаряется, т.е. внутри лампы небольшое количество вольфрама существует в газообразном состоянии? А если сильно охладить азот или кислород, из которых в основном состоит воздух, можно превратить их не только в жидкость, а на твердое тело! Сравним основные свойства вещества в различных агрегатных состояниях. Если есть такая возможность, желательно дальнейшее обсуждение сопровождать демонстрациями.
Результаты сравнения можно оформить как таблицу о свойствах веществ (см. конспект ученика).
Как изменить форму твердого тела, жидкости, газа?
Демонстрация (например, переливание жидкости).
В каких агрегатных состояниях, по вашему мнению, вещество сохраняет свою форму?
Только в твердом состоянии. Жидкость принимает форму той емкости, в которой она содержится. Газы занимают все предоставленное им пространство.
В каких агрегатных состояниях вещество сохраняет свой объем?
Демонстрация (попытки сжать металлический грузик, заполненную водой закрытую пластиковую бутылку, не очень сильно надутый воздушный шарик).
Демонстрация сжимаемости газов с помощью поршневого насоса.
Так, вещество сохраняет объем в твердом и жидком состояниях. Газ, как мы уже заметили, занимает весь предоставленный пространство (т.е. может расширяться). Его можно и сжать относительно легко, это можно проверить даже с помощью шприца без иглы. А вот заметного сжатия жидкостей и твердых тел не наблюдается. Это вовсе не значит, что их вообще невозможно сжать. Просто даже небольшое сжатие жидкостей или твердых тел требует огромных усилий.
Почему же так отличаются свойства вещества в различных состояниях?
Ведь и жидкая вода, и лед, и водяной пар состоят из одних и тех же молекул! Отличия обусловлены характером расположения, движения и взаимодействия молекул.
Результаты сравнения можно оформить как таблицу о молекулярное строение веществ (см. конспект ученика).
В газах расстояния между молекулами значительно больше, чем размеры молекул. Молекулы хаотично движутся, относительно редко испытывают столкновений друг с другом. Следовательно, они слабо взаимодействуют друг с другом. Когда мы сжимаем газ, молекулы не изменяются: уменьшаются только расстояния между ними. Молекулы жидкости расположены достаточно плотно, расстояния между ними невелики. Если представить, что молекулы - это шарики, то эти шарики соприкасаются. Молекулы и здесь находятся в непрерывном движении, однако характер движения уже другой: почти все время молекулы колеблются (словно дрожат), и лишь иногда протискиваются между ближайшими соседями и немного меняют свое место. Определенного порядка в расположении молекул нет. Это очень напоминает расположение и движение людей в густой толпе во время каких-то зрелищ. Что касается твердого тела, то расположение молекул больше напоминает парадную военную шеренгу (такое расположение называют кристаллической решеткой). Движение молекул сводится к колебаниям вблизи «своего места в строю».
Возможно, ученики во время своих ответов подсказывать «неудобные» вещества для обсуждения агрегатных состояний. А это значит, что самое время поговорить о кристаллические и аморфные тела. Этот материал можно давать на данном этапе без особых подробностей. Существуют такие тела, которые по большинству признаков мы относим к жестким, но по расположению молекул они больше напоминают жидкость (в таких телах отсутствует кристаллическая решетка). Такие тела называют аморфными. Это стекло, смола, пластмассы и т.д.. Если их нагревать, то нельзя определить температуру плавления: их превращения в «обычную» жидкость происходит постепенно, они словно становятся мягче.
Твердые тела бывают кристаллические и аморфные.
А изменяются свойства твердых тел, если их нагревать не так сильно, чтобы они превратились в жидкость? Оказывается, меняются: твердые тела, как жидкости и газы, вследствие нагревания расширяются.
Опыт с шариком и кольцом (или монетой, которая проходит между гвоздями).
Тепловое расширение приводит к увеличению всех линейных размеров тела (длины, ширины, высоты) в одинаковое количество раз. Изменение длины ?l тела зависит от его начальной длины l0, изменения температуры ?l и свойств вещества:. Коэффициент (температурный коэффициент линейного расширения) отличается для разных веществ, его можно найти в специальных таблицах.