Aggregált halmazállapot

Anyag- kémiai kötésekkel összekapcsolt részecskék valós halmaza, bizonyos körülmények között az aggregáció egyik állapotában. Bármely anyag nagyon nagyszámú részecske halmazából áll: atomok, molekulák, ionok, amelyek egymással asszociációkká egyesülhetnek, amelyeket aggregátumoknak vagy klasztereknek is neveznek. Az asszociált részecskék hőmérsékletétől és viselkedésétől (a részecskék kölcsönös elrendeződése, számuk és kölcsönhatásuk egy társultban, valamint a társult részecskék térbeli eloszlása ​​és egymással való kölcsönhatása) függően egy anyag két fő állapotú lehet. az összesítés - kristályos (szilárd) vagy gáz halmazállapotú,és az aggregáció átmeneti állapotaiban - amorf (szilárd), folyadékkristályos, folyadék és gőz. Az aggregált szilárd, folyadékkristályos és folyékony halmazállapotú halmazállapotok kondenzálódnak, a gőz- és gázhalmazállapotúak pedig erősen kisülnek.

Fázis- ez homogén mikrorégiók halmaza, amelyeket azonos rendezettség és részecskekoncentráció jellemez, és amelyek egy határfelülettel határolt anyag makroszkopikus térfogatába vannak bezárva. Ebben a felfogásban a fázis csak a kristályos és gáz halmazállapotú anyagokra jellemző, mert ezek homogén aggregált állapotok.

metafázis- ez heterogén mikrorégiók halmaza, amelyek a részecskék rendezettségi fokában vagy koncentrációjukban különböznek egymástól, és egy anyag makroszkopikus térfogatába záródnak, amelyet határfelület határol. Ebben a felfogásban a metafázis csak azokra az anyagokra jellemző, amelyek az aggregáció inhomogén átmeneti állapotában vannak. Különböző fázisok és metafázisok keveredhetnek egymással, egy aggregációs állapotot alkotva, és ekkor nincs közöttük interfész.

Általában nem különítik el az "alap" és az "átmeneti" összesítési állapot fogalmát. Az „összesített állapot”, „fázis” és „mezofázis” fogalmát gyakran szinonimaként használják. Az anyagok állapotának öt lehetséges halmazállapotát ajánlatos figyelembe venni: szilárd, folyadékkristályos, folyadék, gőz, gáz halmazállapotú. Az egyik fázisnak a másik fázisba való átmenetét első és másodrendű fázisátmenetnek nevezzük. Az első típusú fázisátmeneteket a következők jellemzik:

Az anyag állapotát leíró fizikai nagyságok hirtelen változása (térfogat, sűrűség, viszkozitás stb.);

Egy bizonyos hőmérséklet, amelyen egy adott fázisátalakulás megtörténik

Egy bizonyos hő, ami ezt az átmenetet jellemzi, mert megszakítja az intermolekuláris kötéseket.

Az első típusú fázisátalakulások az egyik aggregációs állapotból egy másik aggregációs állapotba való átmenet során figyelhetők meg. A második típusú fázisátmenetek akkor figyelhetők meg, amikor a részecskék sorrendje az aggregáció egyetlen állapotán belül megváltozik, és a következők jellemzik:

Az anyag fizikai tulajdonságainak fokozatos változása;

Az anyag részecskéinek sorrendjének megváltozása külső mezők gradiensének hatására vagy egy bizonyos hőmérsékleten, amelyet fázisátalakulási hőmérsékletnek nevezünk;

A másodrendű fázisátalakulások hője nullával egyenlő és ahhoz közeli.

Az első és a másodrendű fázisátalakulások között az a fő különbség, hogy az első típusú átmenetek során elsősorban a rendszer részecskéinek energiája változik meg, a második típusú átmenetek esetén pedig az átmenetek sorrendje. a rendszer részecskéi megváltoznak.

Egy anyag szilárd halmazállapotból folyékony halmazállapotba való átmenetét ún olvasztóés olvadáspontja jellemzi. Egy anyag folyadékból gőz állapotba való átmenetét ún párolgásés a forráspont jellemzi. Egyes, kis molekulatömegű és gyenge intermolekuláris kölcsönhatású anyagoknál lehetséges a szilárd halmazállapotból gőzállapotba való közvetlen átmenet, a folyékony halmazállapot megkerülésével. Az ilyen átmenetet ún szublimáció. Mindezek a folyamatok ellenkező irányban is lezajlhatnak: akkor ún fagyasztás, kondenzáció, deszublimáció.

Az olvadás és forrás közben nem bomló anyagok hőmérséklettől és nyomástól függően mind a négy aggregációs állapotúak lehetnek.

Szilárd állapot

Megfelelően alacsony hőmérsékleten szinte minden anyag szilárd állapotban van. Ebben az állapotban az anyag részecskéi közötti távolság összemérhető a részecskék méretével, ami biztosítja erős kölcsönhatásukat és potenciális energiájuk jelentős többletét a kinetikus energiához képest. Ez belső rendhez vezet a részecskék elrendezésében. Ezért a szilárd anyagokat saját alakjuk, mechanikai szilárdságuk, állandó térfogatuk jellemzi (gyakorlatilag összenyomhatatlanok). A részecskék rendezettségének fokától függően a szilárd anyagokat felosztjuk kristályos és amorf.

A kristályos anyagokra jellemző, hogy minden részecske elrendezésében rend van. A kristályos anyagok szilárd fázisa olyan részecskékből áll, amelyek homogén szerkezetet alkotnak, amelyet ugyanazon egységcella minden irányban történő szigorú ismételhetősége jellemez. A kristály elemi sejtje háromdimenziós periodicitást jellemez a részecskék elrendezésében, azaz. kristályrácsát. A kristályrácsokat a kristályt alkotó részecskék típusa és a közöttük lévő vonzó erők jellege szerint osztályozzák.

Számos kristályos anyag a körülményektől (hőmérséklet, nyomás) eltérő kristályszerkezettel rendelkezhet. Ezt a jelenséget az ún polimorfizmus. A szén jól ismert polimorf módosulatai: grafit, fullerén, gyémánt, karabély.

Amorf (alaktalan) anyagok. Ez az állapot a polimerekre jellemző. A hosszú molekulák könnyen meghajlanak és összefonódnak más molekulákkal, ami szabálytalanságokhoz vezet a részecskék elrendezésében.

Különbség az amorf és a kristályos részecskék között:

izotrópia - egy test vagy közeg fizikai és kémiai tulajdonságainak azonossága minden irányban, pl. a tulajdonságok függetlensége az iránytól;

nincs rögzített olvadáspontja.

Az üveg, az olvasztott kvarc és sok polimer amorf szerkezetű. Az amorf anyagok kevésbé stabilak, mint a kristályosak, ezért bármely amorf test előbb-utóbb energetikailag stabilabb – kristályos – állapotba kerülhet.

folyékony halmazállapot

A hőmérséklet emelkedésével a részecskék hőrezgésének energiája növekszik, és minden anyaghoz van egy hőmérséklet, amelytől kezdve a hőrezgések energiája meghaladja a kötések energiáját. A részecskék különféle mozgásokat végezhetnek, egymáshoz képest eltolódnak. Továbbra is érintkeznek, bár a részecskék helyes geometriai szerkezete sérül - az anyag folyékony állapotban létezik. A részecskék mobilitása miatt a folyékony halmazállapotot Brown-mozgás, diffúzió és a részecskék illékonysága jellemzi. A folyadék fontos tulajdonsága a viszkozitás, amely a folyadék szabad áramlását akadályozó interasszociatív erőket jellemez.

A folyadékok köztes helyet foglalnak el az anyagok gáz- és szilárd halmazállapota között. Rendezettebb szerkezet, mint a gáz, de kevésbé, mint a szilárd.

Gőz és gáz halmazállapotú

A gőz-gáz halmazállapotot általában nem különböztetik meg.

Gáz - ez egy rendkívül ritka homogén rendszer, amely egymástól távol eső, egyedi molekulákból áll, és egyetlen dinamikus fázisnak tekinthető.

Gőz - ez egy erősen kisütött inhomogén rendszer, amely molekulák és ezekből a molekulákból álló instabil kis asszociációk keveréke.

A molekuláris-kinetikai elmélet megmagyarázza az ideális gáz tulajdonságait a következő rendelkezések alapján: a molekulák folyamatos véletlenszerű mozgást végeznek; a gázmolekulák térfogata elhanyagolható a molekulák közötti távolságokhoz képest; a gázmolekulák között nincsenek vonzó vagy taszító erők; a gázmolekulák átlagos kinetikus energiája arányos annak abszolút hőmérsékletével. Az intermolekuláris kölcsönhatás erőinek jelentéktelensége és a nagy szabad térfogat jelenléte miatt a gázokat a következők jellemzik: nagy hőmozgási sebesség és molekuláris diffúzió, a molekulák azon vágya, hogy a lehető legtöbb térfogatot elfoglalják, valamint nagy összenyomhatóság .

Az izolált gázfázisú rendszert négy paraméter jellemzi: nyomás, hőmérséklet, térfogat, anyagmennyiség. A paraméterek közötti kapcsolatot az ideális gáz állapotegyenlete írja le:

R = 8,31 kJ/mol az univerzális gázállandó.

A legelterjedtebb ismeretek az aggregáció három állapotáról szólnak: folyékony, szilárd, gáznemű, néha plazmára gondolnak, ritkábban folyadékkristályra. Nemrég terjedt el az interneten az anyag 17 fázisát tartalmazó lista, amely a híres () Stephen Fry-től származik. Ezért részletesebben fogunk beszélni róluk, mert. egy kicsit többet kellene tudni az anyagról, már csak azért is, hogy jobban megértsük az Univerzumban zajló folyamatokat.

Az aggregált halmazállapotok alábbi listája a leghidegebb állapottól a legforróbbig növekszik, és így tovább. folytatható. Ugyanakkor meg kell érteni, hogy a gáz halmazállapotból (11. sz.), a leginkább „kibővült”, a lista mindkét oldalán az anyag összenyomódási foka és nyomása (néhány fenntartással az ilyen feltáratlan hipotetikus a kvantum, sugár vagy gyengén szimmetrikus állapotok) növekszik. A szöveg után az anyag fázisátalakulásának vizuális grafikonja látható.

1. Kvantum- az anyag aggregációs állapota, amely akkor érhető el, ha a hőmérséklet abszolút nullára esik, aminek következtében a belső kötések eltűnnek, és az anyag szabad kvarkokká morzsolódik.

2. Bose-Einstein kondenzátum- az aggregált halmazállapot, amely az abszolút nullához közeli hőmérsékletre hűtött bozonokon alapul (az abszolút nulla fok feletti egymilliomod résznél). Ilyen erősen lehűtött állapotban kellően nagy számú atom kerül a lehető legkisebb kvantumállapotba, és a kvantumhatások kezdenek megnyilvánulni makroszkopikus szinten. Bose-Einstein kondenzátum (amelyet gyakran "Bose-kondenzátumnak" vagy egyszerűen csak "vissza"-nak neveznek) akkor keletkezik, amikor egy kémiai elemet rendkívül alacsony hőmérsékletre hűt le (általában valamivel az abszolút nulla fölé, mínusz 273 Celsius-fok). , az elméleti hőmérséklet. amelynél minden megáll).
Itt kezdenek furcsa dolgok történni. Azok a folyamatok, amelyek általában csak atomi szinten megfigyelhetők, ma már szabad szemmel is megfigyelhető skálákon zajlanak. Például, ha egy főzőpohárba „háttal” teszünk, és biztosítjuk a kívánt hőmérsékletet, az anyag elkezd felkúszni a falon, és végül magától kikerül.
Itt láthatóan az anyag hiábavaló kísérletéről van szó, hogy csökkentse saját energiáját (amely már a lehető legalacsonyabb szinten van).
Az atomok lelassítása hűtőberendezéssel egy egyedi kvantumállapotot eredményez, amelyet Bose-kondenzátumként vagy Bose-Einsteinként ismerünk. Ezt a jelenséget 1925-ben A. Einstein jósolta meg S. Bose munkájának általánosítása eredményeként, ahol a statisztikus mechanikát a részecskékre építették, a tömeg nélküli fotonoktól a tömeges atomokig (Einstein elveszettnek tekintett kézirata, 2005-ben találták a Leideni Egyetem könyvtárában). Bose és Einstein erőfeszítéseinek eredménye a Bose-féle gázkoncepció, amely engedelmeskedik a Bose-Einstein statisztikának, és leírja az azonos részecskék egész spinű, úgynevezett bozonok statisztikai eloszlását. A bozonok, amelyek például mind egyedi elemi részecskék - fotonok, mind egész atomok, lehetnek egymással azonos kvantumállapotban. Einstein azt javasolta, hogy az atomok – a bozonok nagyon alacsony hőmérsékletre történő lehűtése – a lehető legalacsonyabb kvantumállapotba kerülne (vagy más szóval kondenzálódik). Az ilyen kondenzáció eredménye az anyag új formája lesz.
Ez az átmenet a kritikus hőmérséklet alatt történik, ami egy homogén, háromdimenziós gáz esetében, amely nem kölcsönható részecskékből áll, és nincs belső szabadsági foka.

3. Fermionos kondenzátum- egy anyag aggregáltsági állapota, hasonló a hordozóhoz, de szerkezete eltérő. Az abszolút nullához közeledve az atomok saját szögimpulzusuk (spin) nagyságától függően eltérően viselkednek. A bozonok egész számú, míg a fermionok az 1/2 (1/2, 3/2, 5/2) többszörösei. A fermionok engedelmeskednek a Pauli-kizárási elvnek, amely kimondja, hogy két fermionnak nem lehet azonos kvantumállapota. A bozonok esetében nincs ilyen tilalom, ezért lehetőségük van egy kvantumállapotban létezni, és ezáltal létrehozni az úgynevezett Bose-Einstein kondenzátumot. Ennek a kondenzátumnak a képződése a felelős a szupravezető állapotba való átmenetért.
Az elektronok spinje 1/2, ezért fermionok. Párokká (ún. Cooper-párokká) egyesülnek, amelyek aztán Bose kondenzátumot képeznek.
Amerikai tudósok egyfajta molekulát próbáltak előállítani a fermion atomokból mélyhűtéssel. A különbség a valódi molekuláktól az volt, hogy az atomok között nem volt kémiai kötés – csak egymással korrelált módon mozogtak. Az atomok közötti kötés még erősebbnek bizonyult, mint a Cooper-párok elektronjai között. A kialakult fermionpárok esetében a teljes spin már nem 1/2 többszöröse, ezért már bozonként viselkednek, és egyetlen kvantumállapottal Bose kondenzátumot képezhetnek. A kísérlet során egy kálium-40 atomos gázt 300 nanokelvinre hűtöttek, miközben a gázt úgynevezett optikai csapdába zárták. Ezután egy külső mágneses mezőt alkalmaztak, amelynek segítségével az atomok közötti kölcsönhatások jellegét megváltoztatták - az erős taszítás helyett az erős vonzás kezdett megfigyelni. A mágneses tér hatásának elemzésekor sikerült olyan értéket találni, amelynél az atomok Cooper-elektronpárokként kezdtek viselkedni. A kísérlet következő szakaszában a tudósok azt javasolják, hogy megkapják a fermion kondenzátum szupravezetési hatásait.

4. Szuperfolyékony anyag- olyan állapot, amelyben az anyagnak gyakorlatilag nincs viszkozitása, és folyás közben nem tapasztal súrlódást szilárd felülettel. Ennek a következménye például egy olyan érdekes hatás, mint a szuperfolyékony hélium teljes spontán "kikúszása" az edényből annak falai mentén a gravitáció ellenében. Természetesen itt nem sérti az energiamegmaradás törvényét. Súrlódási erők hiányában csak a gravitációs erők hatnak a héliumra, a hélium és az edény falai, valamint a héliumatomok közötti atomközi kölcsönhatás erői. Tehát az interatomikus kölcsönhatás erői meghaladják az összes többi erőt együttvéve. Ennek eredményeként a hélium hajlamos a lehető legnagyobb mértékben szétterülni az összes lehetséges felületen, és ezért "utazik" az edény falán. 1938-ban Pjotr ​​Kapitsa szovjet tudós bebizonyította, hogy a hélium szuperfolyékony állapotban is létezhet.
Érdemes megjegyezni, hogy a hélium számos szokatlan tulajdonsága már régóta ismert. Ez a kémiai elem azonban az elmúlt években érdekes és váratlan hatásokkal „kényeztet” el bennünket. Így 2004-ben Moses Chan és Eun-Syong Kim, a Pennsylvaniai Egyetem munkatársa felkeltette a tudományos világ érdeklődését azzal, hogy sikerült elérniük a hélium egy teljesen új állapotát - egy szuperfolyékony szilárd anyagot. Ebben az állapotban a kristályrács egyes héliumatomjai mások körül áramolhatnak, és így a hélium önmagán keresztül áramolhat. A „szuperkeménység” hatását elméletileg 1969-ben jósolták meg. 2004-ben pedig - mintha kísérleti megerősítés lenne. Későbbi és nagyon érdekes kísérletek azonban azt mutatták, hogy nem minden olyan egyszerű, és talán a jelenség ilyen értelmezése, amelyet korábban a szilárd hélium szuperfolyékonyságára gondoltak, téves.
A Humphrey Maris, az amerikai Brown Egyetem kutatóinak kísérlete egyszerű és elegáns volt. A tudósok egy fejjel lefelé fordított kémcsövet egy zárt folyékony héliumtartályba helyeztek. A kémcsőben és a tartályban lévő hélium egy része megfagyott oly módon, hogy a kémcsőben a folyadék és a szilárd anyag közötti határ magasabb volt, mint a tartályban. Vagyis a cső felső részében folyékony hélium, az alsó részében szilárd hélium volt, simán átment a tartály szilárd fázisába, amelyre egy kevés folyékony héliumot öntöttek - alacsonyabban, mint a folyadék szintje a tartályban. kémcső. Ha a folyékony hélium elkezdene átszivárogni a szilárd anyagon, akkor a szintkülönbség csökkenne, és ekkor már szilárd szuperfolyékony héliumról beszélhetünk. És elvileg 13 kísérletből háromban csökkent a szintkülönbség.

5. Szuperkemény anyag- aggregált állapot, amelyben az anyag átlátszó és folyadékként "folyhat", de valójában nincs viszkozitása. Az ilyen folyadékok sok éve ismertek, és szuperfolyadékoknak nevezik. A helyzet az, hogy ha a szuperfolyadékot megkeverjük, az szinte örökké kering, míg a normál folyadék végül megnyugszik. Az első két szuperfolyadékot a kutatók hozták létre hélium-4 és hélium-3 felhasználásával. Majdnem abszolút nullára – mínusz 273 Celsius-fokra – hűtötték le őket. A hélium-4-ből pedig az amerikai tudósoknak sikerült szuperkemény testet szerezniük. Több mint 60-szoros nyomással összenyomták a megfagyott héliumot, majd az anyaggal megtöltött üveget egy forgó korongra helyezték. 0,175 Celsius fokos hőmérsékleten a korong hirtelen szabadabban kezdett forogni, ami a tudósok szerint azt jelzi, hogy a hélium szupertestté vált.

6. Szilárd- az anyag aggregált állapota, amelyet az atomok alakjának stabilitása és hőmozgásának jellege jellemez, amelyek az egyensúlyi helyzetek körül kis rezgéseket okoznak. A szilárd anyagok stabil állapota kristályos. A szilárd anyagok megkülönböztetése ionos, kovalens, fémes és más típusú kötésekkel az atomok között, ami meghatározza fizikai tulajdonságaik változatosságát. A szilárd anyagok elektromos és néhány egyéb tulajdonságait főként atomjaik külső elektronjainak mozgásának természete határozza meg. A szilárd testeket elektromos tulajdonságaik szerint dielektrikumokra, félvezetőkre és fémekre, mágneses tulajdonságaik szerint diamágnesekre, paramágnesekre és rendezett mágneses szerkezetű testekre osztják. A szilárd testek tulajdonságainak vizsgálata egy nagy területté – a szilárdtestfizikává – egyesült, amelynek fejlődését a technológiai igények ösztönzik.

7. Amorf szilárd anyag- egy anyag kondenzált aggregációs állapota, amelyet az atomok és molekulák rendezetlen elrendeződéséből adódó fizikai tulajdonságok izotrópiája jellemez. Az amorf szilárd anyagokban az atomok véletlenszerűen elhelyezkedő pontok körül rezegnek. A kristályos állapottól eltérően a szilárd amorf állapotból a folyadékba fokozatosan megy végbe. Különféle anyagok vannak amorf állapotban: üvegek, gyanták, műanyagok stb.

8. Folyékony kristály- ez egy adott anyag aggregációs állapota, amelyben egyidejűleg a kristály és a folyadék tulajdonságait mutatja. Azonnal fenntartással kell élnünk, hogy nem minden anyag lehet folyadékkristályos állapotban. Néhány szerves anyag azonban összetett molekulákkal sajátos aggregációs állapotot - folyadékkristályt - képezhet. Ez az állapot bizonyos anyagok kristályainak megolvadásakor jön létre. Amikor megolvadnak, folyadékkristályos fázis képződik, amely különbözik a közönséges folyadékoktól. Ez a fázis a kristály olvadáspontjától a magasabb hőmérsékletig terjedő tartományban létezik, amelyre felmelegítve a folyadékkristály közönséges folyadékká alakul.
Miben különbözik a folyadékkristály a folyékony és a közönséges kristálytól, és miben hasonlít hozzájuk? A közönséges folyadékokhoz hasonlóan a folyadékkristálynak is van folyékonysága, és edény formájában van, amelybe helyezik. Ebben különbözik a mindenki által ismert kristályoktól. Ennek a folyadékkal egyesítő tulajdonságának ellenére azonban rendelkezik a kristályokra jellemző tulajdonsággal. Ez a kristályt alkotó molekulák térbeli sorrendje. Igaz, ez a rendezés nem olyan teljes, mint a közönséges kristályoknál, de ennek ellenére jelentősen befolyásolja a folyadékkristályok tulajdonságait, ami megkülönbözteti őket a közönséges folyadékoktól. A folyadékkristályt alkotó molekulák nem teljes térbeli rendeződése abban nyilvánul meg, hogy a folyadékkristályokban a molekulák súlypontjainak térbeli elrendeződésében nincs teljes rendezettség, bár lehet részleges rend. Ez azt jelenti, hogy nincs merev kristályrácsuk. Ezért a folyadékkristályok, mint a közönséges folyadékok, rendelkeznek a folyékonyság tulajdonságával.
A folyadékkristályok kötelező tulajdonsága, amely közelebb hozza őket a közönséges kristályokhoz, a molekulák térbeli orientációjában a sorrend jelenléte. Az orientáció ilyen sorrendje megnyilvánulhat például abban, hogy egy folyadékkristály-mintában a molekulák minden hosszú tengelye azonos módon orientált. Ezeknek a molekuláknak hosszúkás alakúaknak kell lenniük. A molekulák tengelyeinek legegyszerűbb elnevezett sorrendje mellett a molekulák összetettebb orientációs sorrendje is megvalósítható folyadékkristályban.
A molekuláris tengelyek sorrendjének típusától függően a folyadékkristályokat három típusra osztják: nematikus, szmektikus és koleszterikus.
Jelenleg a világ legfejlettebb országaiban széles fronton folynak a folyadékkristályok fizikájával és alkalmazásaikkal kapcsolatos kutatások. A hazai kutatás mind az akadémiai, mind az ipari kutatóintézetekben összpontosul, és nagy hagyományokkal rendelkezik. V.K. Frederiks V.N. Cvetkova. Az elmúlt években a folyadékkristályok gyors tanulmányozása során az orosz kutatók is jelentősen hozzájárulnak a folyadékkristályok elméletének és különösen a folyadékkristályok optikájának fejlődéséhez. Tehát I.G. munkái Chistyakova, A.P. Kapustina, S.A. Brazovsky, S.A. Pikina, L.M. Blinov és sok más szovjet kutató széles körben ismert a tudományos közösség előtt, és a folyadékkristályok számos hatékony műszaki alkalmazásának alapjául szolgálnak.
A folyadékkristályok létezését nagyon régen, mégpedig 1888-ban, azaz közel egy évszázaddal ezelőtt állapították meg. Bár a tudósok 1888 előtt találkoztak ezzel az állapottal, hivatalosan később fedezték fel.
A folyadékkristályokat először Reinitzer osztrák botanikus fedezte fel. Az általa szintetizált új anyag, a koleszteril-benzoát vizsgálata során megállapította, hogy 145 °C-os hőmérsékleten ennek az anyagnak a kristályai megolvadnak, zavaros folyadékot képezve, amely erősen szórja a fényt. Folyamatos melegítéssel, amikor eléri a 179 ° C-os hőmérsékletet, a folyadék átlátszóvá válik, azaz optikailag úgy kezd viselkedni, mint egy közönséges folyadék, például víz. A koleszteril-benzoát nem várt tulajdonságokat mutatott a zavaros fázisban. Ezt a fázist polarizáló mikroszkóp alatt vizsgálva Reinitzer megállapította, hogy kettős törést mutat. Ez azt jelenti, hogy a fény törésmutatója, vagyis a fény sebessége ebben a fázisban a polarizációtól függ.

9. Folyadék- az anyag aggregált állapota, amely egyesíti a szilárd halmazállapot (térfogatmegmaradás, bizonyos szakítószilárdság) és a gáz halmazállapot (alakváltozékonyság) jellemzőit. A folyadékot a részecskék (molekulák, atomok) elrendeződésének kis hatótávolságú rendezettsége, valamint a molekulák hőmozgásának kinetikai energiájában és potenciális kölcsönhatási energiájában mutatkozó kis eltérés jellemzi. A folyadékmolekulák hőmozgása egyensúlyi helyzetek körüli rezgésekből és viszonylag ritka ugrásokból áll az egyik egyensúlyi helyzetből a másikba, ami a folyadék folyékonyságával függ össze.

10. Szuperkritikus folyadék(GFR) egy anyag aggregációs állapota, amelyben a folyadék- és gázfázis közötti különbség eltűnik. Minden olyan anyag, amelynek hőmérséklete és nyomása a kritikus pont felett van, szuperkritikus folyadék. A szuperkritikus állapotú anyag tulajdonságai a gáz- és a folyadékfázisú tulajdonságai között köztesek. Így az SCF-nek nagy a sűrűsége, közel a folyadékhoz, és alacsony a viszkozitása, mint a gázoknak. A diffúziós együttható ebben az esetben a folyadék és a gáz között köztes értékkel rendelkezik. A szuperkritikus állapotban lévő anyagok szerves oldószerek helyettesítésére használhatók laboratóriumi és ipari folyamatokban. Egyes tulajdonságokkal kapcsolatban a szuperkritikus víz és a szuperkritikus szén-dioxid kapta a legnagyobb érdeklődést és megoszlást.
A szuperkritikus állapot egyik legfontosabb tulajdonsága az anyagok oldhatósága. A folyadék hőmérsékletének vagy nyomásának megváltoztatásával széles tartományban változtathatjuk meg tulajdonságait. Így lehetséges olyan folyadékot előállítani, amelynek tulajdonságai közel állnak a folyadékhoz vagy a gázhoz. Így a folyadék oldóképessége a sűrűség növekedésével (állandó hőmérsékleten) nő. Mivel a sűrűség a nyomás növekedésével növekszik, a nyomás változtatása befolyásolhatja a folyadék oldóképességét (állandó hőmérsékleten). Hőmérséklet esetén a folyadék tulajdonságainak függősége valamivel bonyolultabb - állandó sűrűség mellett a folyadék oldóképessége is megnő, azonban a kritikus pont közelében a hőmérséklet enyhe emelkedése a sűrűség meredek csökkenéséhez vezethet. , és ennek megfelelően az oldóerő. A szuperkritikus folyadékok korlátlanul keverednek egymással, így a keverék kritikus pontjának elérésekor a rendszer mindig egyfázisú lesz. Egy bináris keverék hozzávetőleges kritikus hőmérséklete a Tc(mix) = (A móltört) x TcA + (B móltört) x TcB anyagok kritikus paramétereinek számtani átlagaként számítható ki.

11. Gáznemű- (francia gaz, görögül káosz - káosz), az anyag halmazállapota, amelyben részecskéi (molekulái, atomjai, ionjai) hőmozgásának kinetikai energiája jelentősen meghaladja a köztük lévő kölcsönhatások potenciális energiáját, és ezért a A részecskék szabadon mozognak, külső mezők hiányában egyenletesen kitöltik a számukra biztosított teljes térfogatot.

12. Plazma- (a görög plazmából - alakított, formált), halmazállapot, amely ionizált gáz, amelyben a pozitív és negatív töltések koncentrációja egyenlő (kvázi-semleges). Az Univerzum anyagának túlnyomó többsége plazmaállapotban van: csillagok, galaktikus ködök és a csillagközi közeg. A Föld közelében a plazma napszél, magnetoszféra és ionoszféra formájában létezik. A deutérium és trícium keverékéből származó magas hőmérsékletű plazmát (T ~ 106 - 108 K) vizsgálják szabályozott termonukleáris fúzió megvalósítása céljából. Az alacsony hőmérsékletű plazmát (T Ј 105K) különféle gázkisüléses eszközökben (gázlézerek, ionos eszközök, MHD generátorok, plazma fáklyák, plazmamotorok stb.), valamint a technológiában (lásd Plazmakohászat, Plazmafúrás, Plazma technológia).

13. Degenerált anyag- egy köztes szakasz a plazma és a neutrónium között. A fehér törpékben figyelhető meg, és fontos szerepet játszik a csillagok evolúciójában. Amikor az atomok rendkívül magas hőmérsékleten és nyomás alatt vannak, elveszítik elektronjaikat (elektrongázba mennek). Más szóval, teljesen ionizáltak (plazma). Az ilyen gáz (plazma) nyomását az elektronnyomás határozza meg. Ha a sűrűség nagyon nagy, minden részecske kénytelen közeledni egymáshoz. Az elektronok bizonyos energiájú állapotban lehetnek, és két elektronnak nem lehet azonos energiája (hacsak nem ellentétes a spinje). Így egy sűrű gázban minden alacsonyabb energiaszintről kiderül, hogy tele van elektronokkal. Az ilyen gázt degeneráltnak nevezik. Ebben az állapotban az elektronok degenerált elektronnyomást mutatnak, amely ellentétes a gravitációs erőkkel.

14. Neutronium— az aggregáció állapota, amelybe az anyag ultramagas nyomás alatt megy át, amely laboratóriumban még nem érhető el, de a neutroncsillagokban létezik. A neutronállapotba való átmenet során az anyag elektronjai kölcsönhatásba lépnek a protonokkal és neutronokká alakulnak. Ennek eredményeként a neutron állapotú anyag teljes egészében neutronokból áll, és sűrűsége a nukleáris nagyságrendű. Az anyag hőmérséklete ebben az esetben nem lehet túl magas (energia-egyenértékben, legfeljebb száz MeV).
Erős hőmérsékletnövekedéssel (több száz MeV és afeletti), neutron állapotban különböző mezonok kezdenek születni és megsemmisülni. A hőmérséklet további emelkedésével dekonfirmáció következik be, és az anyag kvark-gluon plazma állapotba kerül. Már nem hadronokból áll, hanem folyamatosan születő és eltűnő kvarkokból és gluonokból.

15. Kvark-gluon plazma(kromoplazma) - a nagyenergiájú fizikában és az elemi részecskefizikában aggregált anyagállapot, amelyben a hadron anyag olyan állapotba kerül, amely hasonló ahhoz az állapothoz, amelyben az elektronok és ionok a közönséges plazmában vannak.
Általában a hadronokban lévő anyag úgynevezett színtelen ("fehér") állapotban van. Vagyis a különböző színű kvarkok kompenzálják egymást. Hasonló állapot létezik a közönséges anyagokban is - amikor minden atom elektromosan semleges, azaz
a bennük lévő pozitív töltéseket negatívak kompenzálják. Magas hőmérsékleten az atomok ionizációja léphet fel, miközben a töltések szétválnak, és az anyag, ahogy mondják, "kvázi-semleges" lesz. Vagyis a teljes anyagfelhő mint egész semleges marad, és egyes részecskéi megszűnnek semlegesek lenni. Feltehetően ugyanez megtörténhet a hadronos anyaggal is - nagyon nagy energiáknál szín szabadul fel, és "kvázi színtelenné" teszi az anyagot.
Feltehetően az Univerzum anyaga kvark-gluon plazma állapotban volt az Ősrobbanás utáni első pillanatokban. Most kvark-gluon plazma képződhet rövid ideig nagyon nagy energiájú részecskék ütközésekor.
A kvark-gluon plazmát kísérletileg a Brookhaven National Laboratory RHIC-gyorsítójában nyerték 2005-ben. A plazma maximális hőmérsékletét, 4 billió Celsius-fokot, 2010 februárjában érték el.

16. Furcsa anyag- aggregált állapot, amelyben az anyag a sűrűség határértékeire van összenyomva, "túróleves" formájában létezhet. Egy köbcentiméternyi anyag ebben az állapotban több milliárd tonnát nyomna; emellett jelentős mennyiségű energia felszabadulásával minden normál anyagot, amellyel érintkezik, ugyanolyan "furcsa" formává alakít.
A csillag magjának anyagának „furcsa anyaggá” való átalakulása során felszabaduló energia egy „kvarknóva” szupererős robbanásához vezet – és Leahy és Wyed szerint pontosan ez történt. ez a robbanás, amelyet a csillagászok 2006 szeptemberében figyeltek meg.
Ennek az anyagnak a kialakulásának folyamata egy közönséges szupernóvával kezdődött, amelybe egy hatalmas csillag fordult át. Az első robbanás következtében neutroncsillag keletkezett. Leahy és Wyed szerint azonban ez nem tartott sokáig – mivel úgy tűnt, hogy forgását saját mágneses tere lelassítja, még jobban zsugorodni kezdett, és "furcsa cuccokból" álló rög képződött, ami egy normál szupernóva-robbanásnál is erősebb, energiafelszabadulás - és az egykori neutroncsillag anyagának külső rétegei, fénysebességgel közeli berepülés a környező térbe.

17. Erősen szimmetrikus anyag- ez egy olyan mértékben összenyomott anyag, hogy a benne lévő mikrorészecskék egymásra rétegződnek, és maga a test egy fekete lyukba omlik. A "szimmetria" kifejezés magyarázata a következő: Vegyük az iskolapadból mindenki által ismert halmazállapotokat - szilárd, folyékony, gáz halmazállapotú. A határozottság kedvéért tekintsünk egy ideális végtelen kristályt szilárd anyagnak. Van egy bizonyos, úgynevezett diszkrét szimmetriája a fordítás tekintetében. Ez azt jelenti, hogy ha a kristályrácsot két atom közötti távolsággal eltolja, akkor semmi sem változik benne - a kristály egybeesik önmagával. Ha a kristály megolvad, akkor a keletkező folyadék szimmetriája más lesz: nő. Egy kristályban csak az egymástól bizonyos távolságra távol eső pontok, a kristályrács úgynevezett csomópontjai voltak egyenértékűek, amelyekben azonos atomok helyezkedtek el.
A folyadék teljes térfogatában homogén, minden pontja megkülönböztethetetlen egymástól. Ez azt jelenti, hogy a folyadékok tetszőleges távolsággal elmozdíthatók (és nem csak néhány diszkrét, mint egy kristályban), vagy tetszőleges szögben elforgathatók (ami kristályokban egyáltalán nem lehetséges), és ez egybeesik önmagával. A szimmetria mértéke magasabb. A gáz még szimmetrikusabb: a folyadék bizonyos térfogatot foglal el az edényben, és az edényben aszimmetria van, ahol van folyadék, és ahol nincs. A gáz viszont a teljes számára biztosított térfogatot elfoglalja, és ebben az értelemben minden pontja megkülönböztethetetlen egymástól. Ennek ellenére helyesebb lenne itt nem pontokról beszélni, hanem kicsi, de makroszkopikus elemekről, mert mikroszkopikus szinten még mindig vannak eltérések. Egyes időpontokban vannak atomok vagy molekulák, míg mások nem. A szimmetria csak átlagosan figyelhető meg, akár egyes makroszkopikus térfogati paraméterekben, akár időben.
De még mindig nincs pillanatnyi szimmetria mikroszkopikus szinten. Ha az anyagot nagyon erősen, a mindennapi életben elfogadhatatlan nyomásra összenyomják, úgy összenyomják, hogy az atomok összetörtek, héjaik egymásba hatoltak, és az atommagok elkezdtek összeérni, akkor mikroszkopikus szinten szimmetria keletkezik. Minden atommag egyforma és egymáshoz préselődik, nemcsak interatomi, hanem magok közötti távolságok is vannak, és az anyag homogénné válik (furcsa anyag).
De van szubmikroszkópos szint is. Az atommagok protonokból és neutronokból állnak, amelyek az atommag belsejében mozognak. Van köztük némi tér is. Ha folytatja a tömörítést úgy, hogy az atommagok is összetörjenek, a nukleonok szorosan egymáshoz nyomódnak. Ekkor szubmikroszkópos szinten megjelenik a szimmetria, ami még a közönséges magokban sincs meg.
Az elmondottakból egy egészen határozott tendencia látható: minél magasabb a hőmérséklet és minél nagyobb a nyomás, annál szimmetrikusabb lesz az anyag. Ezen megfontolások alapján a maximálisra összenyomott anyagot erősen szimmetrikusnak nevezzük.

18. Gyengén szimmetrikus anyag- tulajdonságaiban az erősen szimmetrikus anyaggal ellentétes állapot, amely a nagyon korai Univerzumban a Planck-hőmérséklethez közeli hőmérsékleten volt jelen, talán 10-12 másodperccel az Ősrobbanás után, amikor az erős, gyenge és elektromágneses erők egyetlen szupererőt alkottak. . Ebben az állapotban az anyag olyan mértékben összenyomódik, hogy tömege energiává alakul, ami felfújódni, azaz végtelenül tágulni kezd. A szupererő kísérleti előállításához és az anyag ebbe a fázisba történő átviteléhez földi körülmények között még nem lehet energiát elérni, bár a Nagy Hadronütköztetőnél történtek ilyen kísérletek a korai univerzum tanulmányozása érdekében. Mivel az ezt az anyagot alkotó szupererő összetételében nincs gravitációs kölcsönhatás, a szupererő nem elég szimmetrikus a szuperszimmetrikus erőhöz képest, amely mind a 4 típusú kölcsönhatást tartalmazza. Ezért ez az összesítési állapot ilyen nevet kapott.

19. Sugárzási anyag- ez valójában már nem anyag, hanem energia a legtisztább formájában. A fénysebességet elért test azonban ezt a feltételezett aggregációs állapotot veszi fel. Megszerezhető úgy is, hogy a testet Planck-hőmérsékletre (1032K) melegítjük, vagyis az anyag molekuláit fénysebességgel diszpergáljuk. Amint a relativitáselméletből következik, amikor a sebesség meghaladja a 0,99 s-ot, a test tömege sokkal gyorsabban kezd növekedni, mint "normál" gyorsulással, ráadásul a test meghosszabbodik, felmelegszik, azaz sugároznak az infravörös spektrumban. Amikor átlépi a 0,999 s-os küszöböt, a test drámaian megváltozik, és gyors fázisátalakulásba kezd a nyaláb állapotába. Amint Einstein képletéből teljes egészében az következik, a végső anyag növekvő tömege olyan tömegekből áll, amelyek hő-, röntgen-, optikai és egyéb sugárzások formájában válnak el a testtől, amelyek mindegyikének energiája a képlet következő tagja írja le. Így a fénysebességhez közeledő test minden spektrumban sugározni kezd, hosszában nő és időben lelassul, Planck-hosszra elvékonyodva, vagyis a c sebesség elérésekor a test végtelenül hosszú és vékony lesz. fénysebességgel mozgó, hosszúság nélküli fotonokból álló nyaláb, amelynek végtelen tömege teljesen energiává változik. Ezért egy ilyen anyagot sugárzásnak neveznek.

Az óra céljai:

• az anyagok aggregált halmazállapotaira vonatkozó ismeretek elmélyítésére, általánosítására, annak tanulmányozására, hogy milyen halmazállapotúak lehetnek az anyagok.

Az óra céljai:

Tanítás - elképzelés megfogalmazása a szilárd anyagok, gázok, folyadékok tulajdonságairól.

Fejlesztés - a tanulók beszédkészségének fejlesztése, elemzése, következtetések levonása a feldolgozott és tanult anyagból.

Oktatási - szellemi munka ösztönzése, minden feltétel megteremtése a tanult téma iránti érdeklődés növeléséhez.

Alapfogalmak:

Az összesítés állapota- ez egy halmazállapot, amelyet bizonyos minőségi tulajdonságok jellemeznek: - az alak és térfogat megtartásának képessége vagy képtelensége; - a rövid és hosszú távú rend megléte vagy hiánya; - mások.

6. ábra. Egy anyag aggregált állapota hőmérséklet-változással.

Amikor egy anyag szilárd halmazállapotból folyékony halmazállapotba kerül, ezt olvadásnak nevezik, a fordított folyamat a kristályosodás. Amikor egy anyag folyadékból gázzá alakul, ezt a folyamatot párologtatásnak, gázból folyadékká - kondenzációnak nevezik. És az átmenet azonnal gázsá szilárd anyagból, megkerülve a folyadékot - szublimációval, fordított folyamattal - deszublimációval.

1. Kristályosítás; 2. Olvadás; 3. Kondenzáció; 4. Párologtatás;

5. Szublimáció; 6. Deszublimáció.

Folyamatosan megfigyeljük ezeket a példákat az átmenetekre a mindennapi életben. Amikor a jég elolvad, vízzé válik, és a víz elpárolog, és gőz keletkezik. Ha az ellenkező irányba nézünk, a pára lecsapódva kezd visszaváltozni vízzé, a víz pedig megfagyva jéggé válik. Minden szilárd test illata szublimáció. A molekulák egy része kiszabadul a testből, és gáz keletkezik, ami a szagot adja. Példa a fordított folyamatra a minták az üvegen télen, amikor a levegőben lévő pára fagyáskor leülepedik az üvegen.

A videó az anyagok halmazállapotának változását mutatja be.

vezérlőblokk.

1. Fagyás után a víz jéggé változott. Megváltoztak a vízmolekulák?

2. Beltérben használjon orvosi étert. Emiatt pedig ott általában erős illatúak. Milyen az éter állapota?

3. Mi történik a folyadék alakjával?

4. Jég. Milyen a víz állapota?

5. Mi történik, ha a víz megfagy?

Házi feladat.

Válaszolj a kérdésekre:

1. Meg lehet-e tölteni az edény térfogatának felét gázzal? Miért?

2. Lehet-e a nitrogén és az oxigén folyékony halmazállapotban szobahőmérsékleten?

3. Lehet-e szobahőmérsékleten gázhalmazállapotban: vas és higany?

4. Egy fagyos téli napon köd képződött a folyó felett. Mi az anyag állapota?

Úgy gondoljuk, hogy az anyagnak három halmazállapota van. Valójában legalább tizenöten vannak, miközben ezen államok listája napról napra bővül. Ezek a következők: amorf szilárd anyag, szilárd anyag, neutrónium, kvark-gluon plazma, erősen szimmetrikus anyag, gyengén szimmetrikus anyag, fermion kondenzátum, Bose-Einstein kondenzátum és furcsa anyag.

Bevezetés

1. Aggregált halmazállapot - gáz

2. Aggregált halmazállapot - folyékony

3. Aggregált halmazállapot - szilárd

4. Az anyag negyedik halmazállapota a plazma

Következtetés

Felhasznált irodalom jegyzéke

Bevezetés

Mint tudják, a természetben számos anyag három halmazállapotú lehet: szilárd, folyékony és gáznemű.

A szilárd halmazállapotú anyagrészecskék kölcsönhatása a legkifejezettebb. A molekulák közötti távolság megközelítőleg megegyezik a saját méretükkel. Ez kellően erős kölcsönhatáshoz vezet, ami gyakorlatilag megfosztja a részecskéket a mozgás lehetőségétől: egy bizonyos egyensúlyi helyzet körül oszcillálnak. Megőrzik alakjukat és térfogatukat.

A folyadékok tulajdonságait szerkezetük is magyarázza. A folyadékokban lévő anyagrészecskék kevésbé intenzíven lépnek kölcsönhatásba, mint a szilárd anyagokban, ezért ugrásszerűen megváltoztathatják elhelyezkedésüket - a folyadékok nem tartják meg alakjukat - folyékonyak.

A gáz olyan molekulák halmaza, amelyek egymástól függetlenül, minden irányban véletlenszerűen mozognak. A gázoknak nincs saját alakjuk, elfoglalják a számukra biztosított teljes térfogatot és könnyen összenyomhatók.

Van egy másik halmazállapot is - a plazma.

Ennek a munkának az a célja, hogy megvizsgálja a meglévő halmazállapotokat, azonosítsa azok előnyeit és hátrányait.

Ehhez a következő összesített állapotokat kell végrehajtani és figyelembe venni:

2. folyadékok

3. szilárd anyagok

3. Aggregált halmazállapot - szilárd

Szilárd, az anyag négy halmazállapotának egyike, amely különbözik a többi aggregációs állapottól (folyadékok, gázok, plazmák) az egyensúlyi helyzetek körül kis rezgést keltő atomok formájának stabilitása és hőmozgásának természete. A T. t. kristályos állapotával együtt van egy amorf állapot is, beleértve az üveges állapotot is. A kristályokat az atomok elrendezésének nagy hatótávolságú rendje jellemzi. Az amorf testekben nincs nagy hatótávolságú rend.

Minden anyag létezhet a négy forma egyikében. Mindegyikük egy bizonyos halmazállapotú anyag. A Föld természetében háromban egyszerre csak egy képviselteti magát. Ez a víz. Könnyen látható, hogy elpárolgott, megolvadt és megszilárdul. Ez gőz, víz és jég. A tudósok megtanulták, hogyan lehet megváltoztatni az anyag halmazállapotát. A legnagyobb nehézség számukra csak a plazma. Ez az állapot különleges feltételeket igényel.

Mi ez, mitől függ és hogyan jellemzik?

Ha a test egy másik halmazállapotba került, ez nem jelenti azt, hogy valami más jelent meg. Az anyag ugyanaz marad. Ha a folyadékban vízmolekulák voltak, akkor azok is gőzben lesznek jéggel. Csak elhelyezkedésük, mozgási sebességük és az egymással való interakciós erők változnak.

Az "Aggregált állapotok (8. osztály)" téma tanulmányozásakor csak három kerül figyelembevételre. Ezek folyékonyak, gázok és szilárd anyagok. Megnyilvánulásaik a környezet fizikai viszonyaitól függenek. Ezen állapotok jellemzőit a táblázat mutatja be.

Összesített államnév	szilárd	folyékony	gáz
A tulajdonságait	térfogatával megtartja alakját	állandó térfogatú, edény formáját ölti	nincs állandó térfogata és alakja
A molekulák elrendezése	a kristályrács csomópontjainál	rendetlen	kaotikus
A köztük lévő távolság	összemérhető a molekulák méretével	megközelítőleg megegyezik a molekulák méretével	sokkal nagyobbak a méretüknél.
Hogyan mozognak a molekulák	rácspont körül oszcillálnak	ne mozogjon az egyensúlyi pontból, hanem néha nagy ugrásokat hajtson végre	szabálytalan időnkénti ütközésekkel
Hogyan lépnek kapcsolatba	erősen vonzott	erősen vonzódnak egymáshoz	nem vonzzák, az ütközések során taszító erők jelentkeznek

Első állapot: szilárd

Alapvető különbsége a többihez képest, hogy a molekuláknak szigorúan meghatározott helyük van. Amikor szilárd halmazállapotról beszélünk, ezek leggyakrabban kristályokat jelentenek. Náluk a rácsszerkezet szimmetrikus és szigorúan periodikus. Ezért mindig megmarad, függetlenül attól, hogy a test milyen messzire terjed. Egy anyag molekuláinak oszcilláló mozgása nem elegendő ennek a rácsnak a tönkretételéhez.

De vannak amorf testek is. Hiányzik belőlük az atomok elrendezésének szigorú szerkezete. Bárhol lehetnek. De ez a hely ugyanolyan stabil, mint a kristályos testben. Az amorf és a kristályos anyagok között az a különbség, hogy nincs meghatározott olvadási (szilárdulási) hőmérsékletük, és folyékonyság jellemzi őket. Az ilyen anyagok élénk példái az üveg és a műanyag.

Második állapot: folyékony

Ez az aggregált halmazállapot szilárd és gáz keresztezése. Ezért egyesíti az első és a második tulajdonságait. Tehát a részecskék közötti távolság és kölcsönhatásuk hasonló a kristályokhoz. De itt van a hely és a mozgás közelebb a gázhoz. Ezért a folyadék nem tartja meg alakját, hanem szétterül az edényen, amelybe öntik.

Harmadik állapot: gáz

A „fizika” nevű tudomány számára a gáz formájában történő aggregáció állapota nem az utolsó helyen áll. Végül is az őt körülvevő világot tanulmányozza, és a levegő benne nagyon gyakori.

Ennek az állapotnak az a jellemzője, hogy a molekulák közötti kölcsönhatási erők gyakorlatilag hiányoznak. Ez magyarázza szabad mozgásukat. Ennek köszönhetően a gáznemű anyag kitölti a számára biztosított teljes térfogatot. Sőt, mindent át lehet vinni ebbe az állapotba, csak növelni kell a hőmérsékletet a kívánt mértékben.

Negyedik állapot: plazma

Ez az aggregált halmazállapot teljesen vagy részben ionizált gáz. Ez azt jelenti, hogy a benne lévő negatív és pozitív töltésű részecskék száma közel azonos. Ez a helyzet akkor fordul elő, amikor a gázt felmelegítik. Ezután a termikus ionizációs folyamat éles felgyorsul. Ez abban rejlik, hogy a molekulák atomokra oszlanak. Ez utóbbiak ezután ionokká alakulnak.

Az univerzumon belül nagyon gyakori az ilyen állapot. Mert benne van az összes csillag és a köztük lévő közeg. A Föld felszínének határain belül rendkívül ritkán fordul elő. Az ionoszférán és a napszélen kívül a plazma csak zivatar idején lehetséges. A villámcsapások során olyan körülmények jönnek létre, amelyekben a légkör gázai a negyedik halmazállapotba kerülnek.

De ez nem jelenti azt, hogy a plazmát nem hozták létre a laboratóriumban. Az első dolog, amit reprodukálni lehetett, egy gázkisülés volt. A plazma ma már megtölti a fénycsöveket és a fényreklámokat.

Hogyan történik az állapotok közötti átmenet?

Ehhez bizonyos feltételeket kell létrehozni: állandó nyomást és meghatározott hőmérsékletet. Ebben az esetben egy anyag aggregált állapotának megváltozása energia felszabadulásával vagy elnyelésével jár együtt. Ráadásul ez az átmenet nem villámgyorsan megy végbe, hanem bizonyos ideig tart. Ez idő alatt a feltételeknek változatlanoknak kell maradniuk. Az átmenet akkor következik be, amikor az anyag két formában egyidejűleg létezik, amelyek fenntartják a termikus egyensúlyt.

Az anyag első három halmazállapota kölcsönösen átadhatja egymást. Vannak közvetlen és fordított folyamatok. A következő nevük van:

• olvasztó(szilárdról folyékonyra) és kristályosodás például a jég olvadása és a víz megszilárdulása;
• párologtatás(folyékonyból gázhalmazállapotúvá) és páralecsapódás, példa erre a víz elpárologtatása és gőzből történő előállítása;
• szublimáció(szilárdból gázhalmazállapotúvá) és deszublimáció, például az elsőnél egy száraz illat párologtatása, a másodiknál ​​pedig fagyos minták az üvegen.

Az olvadás és kristályosodás fizikája

Ha egy szilárd testet felmelegítünk, akkor egy bizonyos hőmérsékleten, ún olvadáspont megindul egy meghatározott anyag, az aggregációs állapot változása, amit olvadásnak neveznek. Ez a folyamat az energia elnyelésével jár, amit ún hőmennyiségés betűvel van jelölve K. A kiszámításához tudnia kell fajlagos olvadási hő, amelyet jelölünk λ . A képlet pedig így néz ki:

Q=λ*m, ahol m az olvadásban részt vevő anyag tömege.

Ha fordított folyamat következik be, vagyis a folyadék kristályosodik, akkor a feltételek megismétlődnek. Az egyetlen különbség az, hogy energia szabadul fel, és a képletben megjelenik a mínusz jel.

A párolgás és a kondenzáció fizikája

Az anyag folyamatos melegítésével fokozatosan megközelíti azt a hőmérsékletet, amelyen intenzív párolgása megindul. Ezt a folyamatot párologtatásnak nevezik. Ismét az energia elnyelése jellemzi. Csak a kiszámításához tudnia kell fajlagos párolgási hő r. A képlet pedig a következő lesz:

Q=r*m.

A fordított folyamat vagy a kondenzáció azonos mennyiségű hő felszabadulásával megy végbe. Ezért ismét egy mínusz jelenik meg a képletben.