АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА
Разновидности упорядоченности
(на примерах воды и льда)
В газе (паре) расположение молекул неупорядочено.
В жидкости расположение молекул не беспорядочно: в большинстве жидкостей есть ближний порядок а в некоторых – даже дальний.
Каждую молекулу воды окружают 5 – 6 соседних, расположенных в основном в вершинах неправильного пятиугольника. Вблизи другой молекулы соседние молекулы тоже образуют пятиугольник, но иной формы.
Порядок в расположении молекул вещества, соблюдающийся только вблизи данной молекулы, - ближний порядок.
В твердых телах (монокристаллах) упорядоченность – в пределах всего вещества, т.е. дальний порядок.
Испарение жидкостей и конденсация пара
Испарение – парообразование со свободной поверхности жидкости, конденсация – обратный процесс, т.е. образование жидкости из пара. (Образование инея, снега – тоже конденсация). Если испарение преобладает над конденсацией, пар ненасыщенный. При взаимном уравновешивании этих процессов пар насыщенный.
Чем больше 
, тем больше 
.
Если жидкость испаряется в замкнутом пространстве, 
можно измерять манометром. Давление водяного пара, содержащегося в воздухе, измерить нельзя. Это давление (парциальное давление, от «part») составляет часть измеряемого барометром давления.
Кипение
 |
- - - - - - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Это парообразование внутри жидкости. В этом процессе участвуют находящиеся в жидкости газовые пузырьки. Кипение жидкости при неизменном давлении происходит при строго определенной неизменной температуре. Чем больше давление над жидкостью, тем больше температура кипения.
Влажность воздуха. Точка росы
Абсолютная влажность – это парциальное давление пара в воздухе или плотность этого пара.
Относительная влажность :
-
это отношение парциального давления пара (или плотности пара) к давлению (или плотности) насыщенного пара при данной температуре.
Точка росы – это температура, при которой находящийся в воздухе пар становится насыщенным.
Смачивание. Капиллярные явления
 |  |  |
= = = = = =
= = = = =
= = = = = = = = = = = = =
= = = = = = = = = = =
= = = = = = = = = = = =
= = = = = = = = = = = = = = =
а) б)
Смачивая стеклянные стенки капилляра, жидкость поднимается в капилляре на высоту , образуя вогнутый мениск, и приподнимается около внешних стенок (а). Несмачивающая жидкость опускается в капилляр и отходит от внешних стенок, мениск при этом выпуклый (б). Из условия : 
высота поднятия жидкости в капилляре
,
где 
- поверхностное натяжение жидкости, 
- ее плотность, 
- радиус капилляра. Капиллярность очень важна в живом мире (движение влаги в почве, движение питательных соков в растениях) и в технике (подъем спирта или керосина в фитиле, окрашивание тканей и кожи).
Твердые тела
Истинно твердые тела – кристаллы. В пределах всего тела дальний порядок сохраняется только в монокристаллах (условное строение монокристалла – кубики, сложенные в один большой куб). В природе монокристаллы редки, чаще встречаются поликристаллы. Они состоят из множества маленьких монокристаллов (кристаллов, зерен), расположенных неупорядочено друг относительно друга (модель поликристалла – не сложенные, а насыпанные кубики).
Кристаллическая решетка. Элементарная ячейка
 |  | ||
Кубическая Гексагональная
ячейка ячейка
Условное изображение дальнего порядка в монокристалле – решетка, в узлах которой - атомы. Наименьшее образование, многократным повторением которого можно получить монокристалл, - элементарная ячейка. Наиболее распространенными в природе являются кубическая (у железа, алюминия, каменной соли) и гексагональная (у цинка, магния, кадмия).
Анизотропия
Это неодинаковость большинства физических свойств вещества (за исключением теплоемкости и плотности) в различных направлениях. Если провести по две прямые через центры ближайших атомов в различных направлениях (1, 2, 3, 4), то расстояния между каждой парой прямых (а, значит, и между соответствующими атомными плоскостями) окажутся различными: 
и 
-максимальны, 
- минимально. Следовательно, прочность монокристалла (связь между молекулами) была бы минимальной при воздействии на него в направлениях 1 и 2. Поликристаллы, в отличие от монокристаллов, изотропны (каждый кристаллит анизотропен, но располагаются кристаллиты неупорядоченно).
2
 |
 |
4 3
Жидкие кристаллы
Это жидкости с дальним порядком в расположении молекул.
В отличие от твердых кристаллов, в жидких кристаллах дальний порядок наблюдается только в одном направлении.
Известно более 3 000 различных жидких кристаллов, многие из них биологического происхождения.
Примечание: цифровая индикация (в том числе и часах), преобразование инфракрасного излучения в видимое; получение плоских экранов мониторов; термоиндикация; ультразвуковая медицинская диагностика вместо рентгеновской.
Аморфные тела
Так называют многие вещества (различные смолы, воск, стекло, пластмассы), обладающие ближним порядком. По структуре такие вещества – жидкости (очень вязкие).
Плавление
При нагревании кристаллического вещества увеличивается амплитуда колебаний его молекул, растет хаотичность их движения, и при достаточно высокой температуре исчезает дальний порядок (вещество плавится). Химически простые кристаллы плавятся при строго определенной температуре (точка плавления). Обратный процесс – кристаллизация.
Рассмотрим нагрев кристаллического вещества. Интервал 
- нагрев тела; 
- плавление тела 
; 
- нагрев расплава; 
- кипение расплава 
.
0 
У сплавов существует интервал температур, в котором происходит плавлении е. Аморфные тела не плавятся, а размягчаются (уменьшается их вязкость), они не имеют .
Теплофизические характеристики вещества
1. Удельная теплоемкость
Чем больше масса нагреваемого вещества и чем большего изменения температуры 
нужно достичь, тем большего времени требуется, и чем большее количество теплоты нужно подвести к веществу:
.
Для различных веществ одинаковой массы 
для достижения одинаковых изменений температур 
требуется различное количество теплоты 
:
.
Коэффициент (от «capacity» - емкость) – удельная теплоемкость.
.
Эта величина численно равна количеству теплоты, которое получает или отдает 1 кг вещества при изменении его температуры на 1 К.
2. Удельная теплота плавления
Чем больше масса 
расплавляемого вещества, тем большее количество теплоты 
требуется, чтобы его расплавить:
.
Удельная теплота плавления численно равна количеству теплоты, которое необходимо передать одному килограмму кристаллического вещества, нагретого до температуры плавления, чтобы превратить его в жидкость той же температуры.
Для процесса кристаллизации
,
в этом случае 
- удельная теплота кристаллизации.
3. Удельная теплота парообразования
Как и в предыдущем случае, 
(чем жидкости больше, тем дольше ее испарять, тем большее количество теплоты требуется).
.
Удельная теплота парообразования численно равна количеству теплоты, необходимому, чтобы при постоянной температуре 1 кг жидкости превратить в пар.
Для процесса конденсации
,
в этом случае 
- удельная теплота конденсации.
4. Удельная теплота сгорания (теплотворная способность).
Чем больше сгорает топлива, тем больше тепловыделение: . Различные вещества выделяют различное количество теплоты :
.
Удельная теплота сгорания численно равна количеству теплоты, выделяющемуся при сгорании 1кг вещества.
Уравнение теплового баланса
Оно выражает закон сохранения энергии в процессах теплообмена.
Для 
тел, находящихся в тепловом контакте:
.
( 
для тел, получающих тепло, 
для тел, отдающих тепло).
ЭЛЕКТРОСТАТИКА
Раздел физики, изучающий покоящиеся заряженные тела (или частицы) и их взаимодействие.