Вся матерія може існувати в одному з чотирьох видів. Кожен з них - це певний агрегатний стан речовини. У природі Землі тільки одне представлено відразу в трьох з них. Це вода. Її легко побачити і випаровування, і розплавлену, і отверділу. Тобто пар, воду і лід. Вчені навчилися проводити зміна агрегатних станів речовини. Найбільшу складність для них становить лише плазма. Для цього стану потрібні особливі умови.
Що це таке, від чого залежить і як характеризується?
Якщо тіло перейшло в інший агрегатний стан речовини, то це не означає, що з`явилося щось інше. Речовина залишається колишнім. Якщо у рідини були молекули води, то такі ж вони будуть і у пари з льодом. Зміниться лише їх розташування, швидкість руху і сили взаємодії один з одним.
При вивченні теми «Агрегатні стани (8 клас)» розглядаються тільки три з них. Це рідина, газ і тверде тіло. Їх прояви залежать від фізичних умов навколишнього середовища. Характеристики цих станів представлені в таблиці.
| Назва агрегатного стану | тверде тіло | рідина | газ |
| його властивості | зберігає форму з об`ємом | має постійний обсяг, приймає форму судини | не має постійних обсягу і форми |
| Розташування молекул | в вузлах кристалічної решітки | безладне | хаотичне |
| Відстань між ними | порівняно з розмірами молекул | приблизно дорівнює розмірам молекул | істотно більше їх розмірів |
| Як рухаються молекули | коливаються близько вузла решітки | не переміщаються від місця рівноваги, але іноді роблять великі скачки | безладне з рідкісними зіткненнями |
| Як вони взаємодіють | сильно притягуються | сильно притягуються один до одного | не притягають, сили відштовхування проявляються при ударах |
Перший стан: тверде тіло
Його принципова відмінність від інших в тому, що молекули мають строго певне місце. Коли говорять про твердий агрегатний стан, то найчастіше мають на увазі кристали. У них структура решітки симетрична і строго періодична. Тому вона зберігається завжди, як далеко не поширювалося б тіло. Коливального руху молекул речовини недостатньо для того, щоб зруйнувати цю решітку.
Але існують ще й аморфні тіла. У них відсутня сувора структура в розташуванні атомів. Вони можуть бути де завгодно. Але це місце так само стабільно, як і в кристалічному тілі. Відмінність аморфних речовин від кристалічних в тому, що у них немає певної температури плавлення (затвердіння) і їм властива текучість. Яскраві приклади таких речовин: скло і пластмаса.
Другий стан: рідина
Це агрегатний стан речовини є чимось середнім між твердим тілом і газом. Тому поєднує в собі деякі властивості від першого і другого. Так, відстань між частинками і їх взаємодія схоже на те, що було у випадку з кристалами. Але ось розташування і рух ближче до газу. Тому і форму рідина не зберігає, а розтікається по судині, в який налита.
Третє стан: газ
Для науки під назвою «фізика» агрегатний стан у вигляді газу коштує не на останньому місці. Адже вона вивчає навколишній світ, а повітря в ньому дуже поширений.
Особливості цього стану полягають в тому, що сили взаємодії між молекулами практично відсутні. Цим пояснюється їх вільний рух. Через якого газоподібна речовина заповнює весь обсяг, наданий йому. Причому в цей стан можна перевести все, потрібно тільки збільшити температуру на потрібну величину.
Четверте стан: плазма
Це агрегатний стан речовини є газ, який повністю або частково іонізований. Це означає, що в ньому число негативно і позитивно заряджених частинок практично однакове. Виникає така ситуація при нагріванні газу. Тоді відбувається різке прискорення процесу термічної іонізації. Воно полягає в тому, що молекули поділяються на атоми. Останні потім перетворюються в іони.
В рамках Всесвіту такий стан дуже поширене. Тому що в ньому знаходяться всі зірки і середовище між ними. В межах Земної поверхні воно виникає вкрай рідко. Якщо не брати до уваги іоносфери і сонячного вітру, плазма можлива тільки під час грози. У спалахах блискавки створюються такі умови, в яких гази атмосфери переходять в четвертий стан речовини.
Але це не означає, що плазму не створили в лабораторії. Перше, що вдалося відтворити - це газовий розряд. Тепер плазма заповнює лампи денного світла і неонову рекламу.
Як здійснюється перехід між станами?
Для цього потрібно створити певні умови: постійний тиск і конкретну температуру. При цьому зміна агрегатних станів речовини супроводжується виділенням або поглинанням енергії. Причому цей перехід не відбувається блискавично, а вимагає певних тимчасових витрат. Протягом усього цього часу умови повинні бути незмінними. Перехід відбувається при одночасному існуванні речовини в двох іпостасях, які підтримують теплова рівновага.
Перші три стани речовини можуть взаємно переходити одне в інше. Існують прямі процеси і зворотні. Вони мають такі назви:
- плавлення (З твердого в рідкий) і кристалізація, наприклад, танення льоду і затвердіння води;
- пароутворення (З рідкого в газоподібний) і конденсація, прикладом є випаровування води і отримання її з пара;
- сублімація (З твердого в газоподібний) і десублімації, наприклад, випаровування сухого ароматизатора для першого з них і морозні візерунки на склі до другого.
Фізика плавлення і кристалізації
Якщо тверде тіло нагрівати, то при певній температурі, званої температурою плавлення конкретного речовини, почнеться зміна агрегатного стану, яке називається плавлення. Цей процес йде з поглинанням енергії, яка називається кількістю теплоти і позначається буквою Q. Для її розрахунку потрібно знати питому теплоту плавлення, яка позначається lambda-. І формула приймає такий вислів:
Q = lambda- * m, де m - маса речовини, яке задіяне в плавленні.
Якщо відбувається зворотний процес, тобто кристалізація рідини, то умови повторюються. Відмінність тільки в тому, що енергія виділяється, і в формулі з`являється знак «мінус».
Фізика пароутворення і конденсації
При продовженні нагрівання речовини, воно поступово наблизиться до температури, при якій почнеться його інтенсивне випаровування. Цей процес називається паротворенням. Воно знову ж характеризується поглинанням енергії. Тільки для його обчислення потрібно знати питому теплоту пароутворення r. А формула буде такою:
Q = r * m.
Зворотний процес або конденсація відбуваються з виділенням того ж кількості теплоти. Тому у формулі знову з`являється мінус.
