Molekule su vrlo male, obične molekule se ne mogu vidjeti ni najmoćnijim optičkim mikroskopom - ali neki parametri molekula se mogu izračunati prilično precizno (masa), a neki se mogu samo vrlo grubo procijeniti (veličine, brzina), i to bi bilo Lepo je razumeti šta je "veličina". molekuli" i o kakvoj "molekularnoj brzini" je reč. Dakle, masa molekula se nalazi kao "masa jednog mola" / "broj molekula u molu". Na primjer, za molekul vode, m = 0,018/6 1023 = 3 10-26 kg (može se preciznije izračunati - Avogadrov broj je poznat s dobrom preciznošću, a molarnu masu bilo kojeg molekula je lako pronaći).
Procjena veličine molekula počinje pitanjem što se smatra njegovom veličinom. Kad bi barem bila savršeno uglačana kocka! Međutim, to nije ni kocka ni lopta, i općenito nema jasno definirane granice. Kako biti u takvim slučajevima? Počnimo izdaleka. Procijenimo veličinu mnogo poznatijeg objekta - školarca. Svi smo vidjeli školarce, uzećemo masu prosječnog školarca jednaku 60 kg (a onda ćemo vidjeti da li ovaj izbor u velikoj mjeri utječe na rezultat), gustina školarca je otprilike ista kao i voda (zapamtite da vrijedi duboko udahnuti zrak, a nakon toga možete "visiti" u vodi, gotovo potpuno uronjeni, a ako izdahnete, odmah počinjete tonuti). Sada možete pronaći volumen učenika: V = 60/1000 = 0,06 kubnih metara. metara. Ako sada pretpostavimo da učenik ima oblik kocke, onda se njegova veličina nalazi kao kubni korijen volumena, tj. oko 0,4 m. Ovako je ispala veličina - manja od rasta (veličina "u visinu"), veća debljina (veličina "u dubinu"). Ako ne znamo ništa o obliku tijela učenika, onda nećemo pronaći ništa bolje od ovog odgovora (umjesto kocke, mogli biste uzeti loptu, ali odgovor bi bio otprilike isti, a više je teško je izračunati prečnik lopte od ivice kocke). Ali ako imamo dodatne informacije (na primjer, iz analize fotografija), onda se odgovor može učiniti mnogo razumnijim. Neka se dozna da je “širina” školarca u prosjeku četiri puta manja od njegove visine, a “dubina” tri puta manja. Zatim H * H / 4 * H / 12 \u003d V, dakle H = 1,5 m (nema smisla praviti precizniji izračun tako loše definirane vrijednosti, jednostavno je nepismeno fokusirati se na mogućnosti kalkulatora u takvoj „kalkulaciji“!). Dobili smo sasvim razumnu procjenu visine školarca, ako uzmemo masu od oko 100 kg (a ima takvih školaraca!), Dobijamo oko 1,7 - 1,8 m - također sasvim razumno.
Procijenimo sada veličinu molekula vode. Nađimo zapreminu koja pada na jedan molekul u "tečnoj vodi" - u njoj su molekuli najgušće zbijeni (jače su pritisnuti jedni na druge nego u čvrstom, "ledenom" stanju). Mol vode ima masu od 18 g i zapreminu od 18 cu. centimetara. Tada jedan molekul predstavlja zapreminu V= 18 10-6/6 1023 = 3 10-29 m3. Ako nemamo informaciju o obliku molekule vode (ili – ako ne želimo da uzmemo u obzir složeni oblik molekula), najlakši način je da je smatramo kockom i pronađemo veličinu upravo onakvu kakvu smo upravo pronašao veličinu kubičnog školarca: d = (V) 1/3 = 3 10-10 m. To je to! Možete procijeniti utjecaj oblika prilično složenih molekula na rezultat izračuna, na primjer, na sljedeći način: izračunajte veličinu molekula benzina, smatrajući molekule kockama - a zatim izvršite eksperiment gledajući površinu od mrlja od kapi benzina na površini vode. Uzimajući u obzir film kao "površinu tekućine debljine jedne molekule" i znajući masu kapi, možemo uporediti veličine dobivene ovim dvjema metodama. Veoma poučan rezultat!
Korištena ideja je također pogodna za potpuno drugačiji proračun. Procijenimo prosječnu udaljenost između susjednih molekula razrijeđenog plina za konkretan slučaj – dušika pri pritisku od 1 atm i temperaturi od 300K. Da bismo to učinili, nalazimo volumen koji u ovom plinu pada na jedan molekul, a onda će sve ispasti jednostavno. Dakle, uzmimo mol azota pod ovim uslovima i pronađemo zapreminu dela naznačenog u uslovu, a zatim podelimo ovu zapreminu sa brojem molekula: V = R T / P NA = 8,3 300/105 6 1023 = 4 10 -26 m3. Pretpostavićemo da je zapremina podeljena na gusto zbijene kubične ćelije, a svaki molekul „u proseku“ se nalazi u centru svoje ćelije. Tada je prosječna udaljenost između susjednih (najbližih) molekula jednaka rubu kubične ćelije: d = (V)1/3 = 3 10-9 m. zauzimaju prilično mali - otprilike 1/1000 dijela - zapremine plovilo. I u ovom slučaju smo proračun izvršili vrlo približno - nema smisla preciznije izračunati takve ne previše određene vrijednosti kao što je "prosječna udaljenost između susjednih molekula".
Gasni zakoni i osnove MKT.
Ako je plin dovoljno razrijeđen (a to je uobičajena stvar, najčešće imamo posla sa razrijeđenim plinovima), tada se gotovo svaki proračun radi pomoću formule koja povezuje tlak P, zapreminu V, količinu plina ν i temperaturu T - ovo je poznata "jednačina stanja idealnog gasa" P·V= ν·R·T. Kako pronaći jednu od ovih veličina, ako su date sve ostale, prilično je jednostavno i razumljivo. Ali moguće je problem formulirati na način da se radi o nekoj drugoj količini - na primjer, o gustoći plina. Dakle, zadatak je pronaći gustinu azota na temperaturi od 300K i pritisku od 0,2 atm. Hajde da to rešimo. Sudeći po stanju, plin je prilično razrijeđen (zrak koji se sastoji od 80% dušika i pri mnogo većem tlaku se može smatrati razrijeđenim, slobodno dišemo i lako prolazimo kroz njega), a da nije tako, još uvijek bismo imali druge formule ne - koristi ovo, voljeni. Uslov ne precizira zapreminu bilo kog dela gasa, mi ćemo ga sami postaviti. Uzmimo 1 kubni metar dušika i pronađemo količinu plina u ovoj zapremini. Znajući molarnu masu dušika M = 0,028 kg/mol, nalazimo masu ovog dijela - i problem je riješen. Količina gasa ν= P V/R T, masa m = ν M = M P V/R T, dakle gustina ρ= m/V = M P/R T = 0,028 20000/( 8,3 300) ≈ 0,2 kg/m3. Volumen koji smo odabrali nikada nije uključen u odgovor, mi smo ga odabrali zbog specifičnosti - ovako je lakše zaključiti, jer ne morate odmah shvatiti da volumen može biti bilo što, ali će se ispostaviti da će gustina biti ista. Međutim, može se misliti - "uzimajući zapreminu, recimo, pet puta veću, povećaćemo tačno pet puta količinu gasa, dakle, bez obzira koju zapreminu uzmemo, gustina će biti ista." Možete jednostavno prepisati svoju omiljenu formulu, zamjenjujući u njoj izraz za količinu plina kroz masu dijela plina i njegovu molarnu masu: ν = m / M, tada je omjer m / V = M P / R T odmah izražen, a ovo je gustina . Bilo je moguće uzeti mol gasa i pronaći zapreminu koju zauzima, nakon čega se odmah nađe gustina, jer je poznata masa mola. Općenito, što je zadatak jednostavniji, to su jednakiji i ljepši načini za njegovo rješavanje ...
Evo još jednog problema gdje pitanje može izgledati neočekivano: pronađite razliku u tlaku zraka na visini od 20 m i na visini od 50 m iznad nivoa tla. Temperatura 00C, pritisak 1 atm. Rješenje: ako nađemo gustoću zraka ρ pod ovim uvjetima, onda je razlika tlaka ∆P = ρ·g·∆H. Gustinu pronalazimo na isti način kao u prethodnom zadatku, jedina poteškoća je što je zrak mješavina plinova. Uz pretpostavku da se sastoji od 80% dušika i 20% kisika, nalazimo masu mola mješavine: m = 0,8 0,028 + 0,2 0,032 ≈ 0,029 kg. Zapremina koju zauzima ovaj mol je V= R·T/P, a gustina se nalazi kao omjer ove dvije veličine. Tada je sve jasno, odgovor će biti otprilike 35 Pa.
Gustoću plina također će se morati izračunati kada se pronađe, na primjer, sila dizanja balona date zapremine, kada se izračuna količina zraka u bocama za ronjenje potrebno za disanje pod vodom za poznato vrijeme, kada se izračuna broj magaraca potrebnih za transport određene količine živine pare kroz pustinju, iu mnogim drugim slučajevima.
Ali zadatak je složeniji: električni čajnik bučno ključa na stolu, potrošnja energije je 1000 W, efikasnost. grijač 75% (ostatak "ostavi" u okolni prostor). Iz mlaznice - površina "nosa" je 1 cm2 - izlazi mlaz pare, procijenite brzinu plina u ovom mlazu. Svi potrebni podaci preuzeti su iz tabela.
Rješenje. Pretpostavit ćemo da se u kotlu iznad vode formira zasićena para, a zatim iz izljeva na +1000C izleti mlaz zasićene vodene pare. Pritisak takve pare je 1 atm, lako je pronaći njegovu gustinu. Znajući snagu koja se koristi za isparavanje P = 0,75 P0 = 750 W i specifičnu toplinu isparavanja (isparavanja) r = 2300 kJ/kg, nalazimo masu pare koja nastaje tokom vremena τ: m = 0,75 P0 τ/r. Znamo gustinu, onda je lako pronaći zapreminu ove količine pare. Ostalo je već jasno - zamislimo ovaj volumen kao stup s površinom poprečnog presjeka od 1 cm2, dužina ovog stupa, podijeljena sa τ, dat će nam brzinu odlaska (takva dužina izleti u sekundu). Dakle, brzina odlaska mlaza iz izljeva čajnika V = m/(ρ S τ) = 0,75P0 τ/(r ρ S τ) = 0,75P0 R T/(r P M S) = 750 8,3 373/(2,3 106 1 105 0,018 1 10-4) ≈ 5 m/s.
(c) Zilberman A. R.
tečnosti, amorfna i kristalna tijela
gasova i tečnosti
gasovi, tečnosti i kristalna tela
približno jednak prečniku molekula
manji od prečnika molekula
oko 10 puta veći od prečnika molekula
zavisi od temperature gasa
tečnosti
kristalna tela
amorfna tela
samo modeli gasne strukture
samo modeli strukture amorfnih tijela
modeli strukture gasova i tečnosti
modeli strukture gasova, tečnosti i čvrstih tela
rastojanje između molekula se povećava
molekuli počinju da se privlače
povećanje reda u rasporedu molekula
udaljenost između molekula se smanjuje
nije se promijenilo
povećana 5 puta
smanjen za 5 puta
uvećan za korijen pet puta
Udaljenosti između molekula su uporedive sa veličinama molekula (u normalnim uslovima) za
U plinovima u normalnim uvjetima, prosječna udaljenost između molekula
Najmanji red u rasporedu čestica je tipičan za
Udaljenost između susjednih čestica tvari u prosjeku je višestruko veća od veličine samih čestica. Ova izjava je u skladu sa modelom
Tokom prelaska vode iz tečnog u kristalno stanje
Pri konstantnom pritisku koncentracija molekula plina se povećala za 5 puta, a njegova masa se nije promijenila. Prosječna kinetička energija translacijskog kretanja molekula plina
Tabela prikazuje tačke topljenja i ključanja nekih supstanci:
supstance | Temperatura ključanja | supstance | Temperatura topljenja |
naftalin |
Odaberite tačnu tvrdnju.
Tačka topljenja žive je veća od tačke ključanja etra
Tačka ključanja alkohola je niža od tačke topljenja žive
Tačka ključanja alkohola je veća od tačke topljenja naftalena
Tačka ključanja etra je niža od tačke topljenja naftalena
Temperatura čvrstog tijela pala je za 17 ºS. Na apsolutnoj temperaturnoj skali ova promjena je bila
1) 290 K 2) 256 K 3) 17 K 4) 0 K
9. U posudi konstantne zapremine nalazi se idealan gas u količini od 2 mol. Kako treba promijeniti apsolutnu temperaturu posude s plinom kada se iz posude oslobodi 1 mol plina tako da se tlak plina na stijenkama posude poveća za 2 puta?
1) povećati za 2 puta 3) povećati za 4 puta
2) smanjiti za 2 puta 4) smanjiti za 4 puta
10. Pri temperaturi T i pritisku p jedan mol idealnog gasa zauzima zapreminu V. Kolika je zapremina istog gasa, uzeta u količini od 2 mola, pri pritisku 2p i temperaturi od 2T?
1) 4V 2) 2V 3) V 4) 8V
11. Temperatura vodonika, uzeta u količini od 3 mola, u posudi je jednaka T. Kolika je temperatura kiseonika uzetog u količini od 3 mola u posudi iste zapremine i pri istom pritisku ?
1) T 2) 8T 3) 24 T 4) T/8
12. U posudi zatvorenoj klipom nalazi se idealan gas. Na slici je prikazan grafik zavisnosti pritiska gasa od temperature sa promenama njegovog stanja. Koje stanje gasa odgovara najmanjoj vrijednosti zapremine?
1) A 2) B 3) C 4) D
13. U posudi konstantne zapremine nalazi se idealan gas čija se masa menja. Dijagram prikazuje proces promjene stanja plina. U kojoj tački na dijagramu je masa plina najveća?
1) A 2) B 3) C 4) D
14. Na istoj temperaturi, zasićena para u zatvorenoj posudi razlikuje se od nezasićene pare u istoj posudi
1) pritisak
2) brzina kretanja molekula
3) prosječna energija haotičnog kretanja molekula
4) odsustvo primesa stranih gasova
15. Koja tačka na dijagramu odgovara maksimalnom pritisku gasa?
ne mogu dati tačan odgovor
17. Balon zapremine 2500 kubnih metara sa masom ljuske od 400 kg ima otvor na dnu kroz koji se vazduh u balonu zagreva gorionikom. Na koju minimalnu temperaturu mora da se zagreje vazduh u balonu da bi balon poleteo sa teretom (korpom i aeronautom) od 200 kg? Temperatura okoline je 7ºS, njegova gustina je 1,2 kg po kubnom metru. Pretpostavlja se da je školjka sfere nerastegnuta.
MKT i termodinamika
MKT i termodinamika
Za ovaj odjeljak, svaka opcija je uključivala pet zadataka s izborom
odgovor, od kojih su 4 osnovna i 1 napredna. Na osnovu rezultata ispita
Naučili su se sljedeći elementi sadržaja:
Primjena Mendeljejev-Klapejronove jednačine;
Ovisnost tlaka plina o koncentraciji molekula i temperaturi;
Količina toplote tokom grijanja i hlađenja (proračun);
Značajke prijenosa topline;
Relativna vlažnost vazduha (proračun);
Rad u termodinamici (graf);
Primjena jednadžbe stanja gasa.
Među zadacima osnovnog nivoa težine postavljena su sljedeća pitanja:
1) Promjena unutrašnje energije u različitim izoprocesima (na primjer, kada
izohorni porast pritiska) - 50% završetka.
2) Grafikoni izoprocesa - 56%.
Primjer 5
Konstantna masa idealnog gasa je uključena u prikazani proces
na slici. Postiže se najveći pritisak gasa u procesu
1) u tački 1
2) na cijelom segmentu 1–2
3) u tački 3
4) na cijelom segmentu 2–3
Odgovor: 1
3) Određivanje vlažnosti vazduha - 50%. Ovi zadaci su uključivali fotografiju
psihrometar, prema kojem je bilo potrebno uzeti očitanja suhog i vlažnog
termometara, a zatim pomoću dijela odredite vlažnost zraka
psihrometrijska tabela data u zadatku.
4) Primena prvog zakona termodinamike. Ovih zadataka je bilo najviše
teški među zadacima osnovnog nivoa u ovoj sekciji - 45%. Evo
bilo je potrebno koristiti graf, odrediti vrstu izoprocesa
(korištene su ili izoterme ili izohore) iu skladu s tim
odrediti jedan od parametara s obzirom na drugi.
Među zadacima naprednog nivoa predstavljeni su računski zadaci za
primjena jednačine stanja gasa, sa kojom se u prosjeku nosilo 54%.
učenika, kao i ranije korištene zadatke za utvrđivanje promjene
parametri idealnog gasa u proizvoljnom procesu. Uspješno se nositi s njima
samo grupa jakih diplomaca, a prosječan procenat završenosti bio je 45%.
Jedan od ovih zadataka je prikazan u nastavku.
Primjer 6
Idealan gas se nalazi u posudi zatvorenoj klipom. Proces
promena stanja gasa je prikazana na dijagramu (vidi sliku). Kako
da li se zapremina gasa promenila tokom njegovog prelaska iz stanja A u stanje B?
1) stalno se povećavao
2) stalno se smanjivao
3) prvo se povećao, a zatim smanjio
4) prvo smanjen, a zatim povećan
Odgovor: 1
Aktivnosti Količina
poslovi %
fotografije2 10-12 25.0-30.0
4. FIZIKA
4.1. Karakteristike kontrolnih mjernih materijala u fizici
2007
Ispitni rad za jedinstveni državni ispit 2007. godine je imao
ista struktura kao u prethodne dvije godine. Sastojao se od 40 zadataka,
koji se razlikuju po obliku prezentacije i stepenu složenosti. U prvom dijelu rada
Uključeno je 30 zadataka sa izborom odgovora, gdje je svaki zadatak dat
četiri moguća odgovora, od kojih je samo jedan bio tačan. Drugi dio je sadržavao 4
pitanja sa kratkim odgovorima. To su bili računski problemi, nakon rješavanja
što je zahtijevalo da se odgovor da kao broj. Treći dio ispita
rad - ovo je 6 računskih zadataka koje je bilo potrebno donijeti kompletno
prošireno rješenje. Ukupno vrijeme za završetak radova je 210 minuta.
Kodifikator i specifikacija elemenata obrazovnog sadržaja
ispitni radovi sastavljeni su na osnovu obaveznog minimuma
1999. br. 56) i uzeo u obzir federalnu komponentu državnog standarda
srednja (potpuna) fizička stručna sprema, profilni nivo (Naredba Ministarstva odbrane od 5.
mart 2004. br. 1089). Kodifikator elementa sadržaja se od tada nije promijenio
u poređenju sa 2006. i obuhvatio je samo one elemente koji su istovremeno
prisutni su kao u federalnoj komponenti državnog standarda
(profilni nivo, 2004), te u Obavezno minimalno održavanje
Obrazovanje 1999
U poređenju sa kontrolnim mjernim materijalima iz 2006. godine u varijantama
USE iz 2007. je izmijenjen na dva načina. Prva od njih je bila redistribucija
zadaci u prvom dijelu rada po tematskoj osnovi. Bez obzira na poteškoću
(osnovni ili napredni nivoi), najpre su usledili svi zadaci iz mehanike, zatim
u MKT i termodinamici, elektrodinamici i, konačno, u kvantnoj fizici. Sekunda
promjena se ticala svrsishodnog uvođenja zadataka koji provjeravaju
formiranje metodičkih vještina. U 2007. zadaci A30 testirali su vještine
analizirati rezultate eksperimentalnih studija izražene kao
tabele ili grafikone, kao i graditi grafikone na osnovu rezultata eksperimenta. Odabir
Zadaci za liniju A30 izvršeni su na osnovu potrebe za provjerom u ovome
niz varijanti jedne vrste aktivnosti i, shodno tome, bez obzira na
tematska pripadnost određenog zadatka.
U ispitnom radu zadaci osnovnih, naprednih
i visokog nivoa težine. Zadaci osnovnog nivoa najviše su testirali asimilaciju
važnih fizičkih pojmova i zakona. Nadgledani su povišeni zadaci
sposobnost korištenja ovih pojmova i zakona za analizu složenijih procesa ili
sposobnost rješavanja problema za primjenu jednog ili dva zakona (formule) za bilo koji od
teme školskog kursa fizike. Izračunavaju se zadaci visokog stepena složenosti
zadatke koji odražavaju nivo uslova za prijemne ispite i
zahtijevaju primjenu znanja iz dva ili tri dijela fizike odjednom u modificiranom ili
novoj situaciji.
KIM 2007 je uključivao zadatke za sve glavne sadržaje
dijelovi kursa fizike:
1) "Mehanika" (kinematika, dinamika, statika, zakoni održanja u mehanici,
mehaničke vibracije i valovi);
2) „Molekularna fizika. Termodinamika";
3) "Elektrodinamika" (elektrostatika, jednosmerna struja, magnetno polje,
elektromagnetna indukcija, elektromagnetske oscilacije i valovi, optika);
4) "Kvantna fizika" (elementi SRT, korpuskularno-talasni dualizam, fizika
atom, nuklearna fizika).
Tabela 4.1 prikazuje distribuciju zadataka po blokovima sadržaja u svakom od njih
dio ispitnog rada.
Tabela 4.1
zavisno od vrste zadataka
Svi rade
(sa izborom
(sa kratkim
Poslovi % br.
Poslovi % br.
poslovi %
1 Mehanika 11-131 27,5-32,5 9-10 22,5-25,0 1 2,5 1-2 2,5-5,0
2 MKT i termodinamika 8-10 20,0-25,0 6-7 15,0-17,5 1 2,5 1-2 2,5-5,0
3 Elektrodinamika 12-14 30,0-35,5 9-10 22,5-15,0 2 5,0 2-3 5,0-7,5
4 Kvantna fizika i
STO 6-8 15,0-20,0 5-6 12,5-15,0 – – 1-2 2,5-5,0
Tabela 4.2 prikazuje distribuciju zadataka po blokovima sadržaja u
zavisno od nivoa težine.
Table4.2
Raspodjela zadataka po dijelovima predmeta fizika
zavisno od nivoa težine
Svi rade
Osnovni nivo
(sa izborom
povišen
(sa izborom odgovora
i kratko
Visoki nivo
(sa produženim
Odjeljak za odgovore)
Poslovi % br.
Poslovi % br.
Poslovi % br.
poslovi %
1 Mehanika 11-13 27,5-32,5 7-8 17,5-20,0 3 7,5 1-2 2,5-5,0
2 MKT i termodinamika 8-10 20,0-25,0 5-6 12,5-15,0 2 5,0 1-2 2,5-5,0
3 Elektrodinamika 12-14 30,0-35,5 7-8 17,5-20,0 4 10,0 2-3 5,0-7,5
4 Kvantna fizika i
STO 6-8 15,0-20,0 4-5 10,0-12,5 1 2,5 1-2 2,5-5,0
Prilikom izrade sadržaja ispitnog rada on je uzet u obzir
potreba za provjerom ovladanosti raznim aktivnostima. Gde
zadaci svake od niza opcija odabrani su uzimajući u obzir distribuciju po tipu
aktivnosti prikazane u tabeli 4.3.
1 Promjena broja zadataka za svaku od tema povezana je s različitim temama složenih zadataka C6 i
zadaci A30, provjera metodičkih vještina na gradivu iz različitih dijelova fizike, u
različite serije opcija.
Table4.3
Raspodjela zadataka po vrstama aktivnosti
Aktivnosti Količina
poslovi %
1 Razumjeti fizičko značenje modela, koncepata, veličina 4-5 10.0-12.5
2 Objasniti fizičke pojave, razlikovati uticaje raznih
faktori na tok pojava, manifestacije pojava u prirodi ili
njihova upotreba u tehničkim uređajima i svakodnevnom životu
3 Primijenite zakone fizike (formule) za analizu procesa na
nivo kvaliteta 6-8 15.0-20.0
4 Primijenite zakone fizike (formule) za analizu procesa na
izračunati nivo 10-12 25,0-30,0
5 Analizirati rezultate eksperimentalnih studija 1-2 2.5-5.0
6 Analizirajte informacije dobijene iz grafikona, tabela, dijagrama,
fotografije2 10-12 25.0-30.0
7 Rješavanje zadataka različitih nivoa složenosti 13-14 32.5-35.0
Svi zadaci prvog i drugog dijela ispitnog rada ocijenjeni su 1
primarni rezultat. Rješenja zadataka trećeg dijela (S1-S6) provjerila su dva stručnjaka u
u skladu sa generalizovanim kriterijumima vrednovanja, vodeći računa o ispravnosti i
potpunost odgovora. Maksimalna ocjena za sve zadatke sa detaljnim odgovorom bila je 3
bodova. Zadatak se smatrao riješenim ako je učenik za njega postigao najmanje 2 boda.
Na osnovu osvojenih bodova za izvršenje svih zadataka ispita
rad je preveden u "test" rezultate na skali od 100 bodova i ocjene
na skali od pet tačaka. Tabela 4.4 odražava odnos između primarnih,
test ocjene po sistemu od pet bodova u posljednje tri godine.
Table4.4
Primarni omjer rezultata, rezultate testova i školske ocjene
Godine, bodovi 2 3 4 5
2007 osnovna škola 0-11 12-22 23-35 36-52
test 0-32 33-51 52-68 69-100
2006 osnovna škola 0-9 10-19 20-33 34-52
test 0-34 35-51 52-69 70-100
2005 osnovna škola 0-10 11-20 21-35 36-52
test 0-33 34-50 51-67 68-100
Poređenje granica primarnih bodova pokazuje da su ove godine uslovi
odgovarajuće ocjene su bile strože nego 2006. godine, ali
približno odgovarao uslovima iz 2005. To je bilo zbog činjenice da je u prošlosti
godine, jedinstveni ispit iz fizike nisu polagali samo oni koji su išli na fakultete
u relevantnom profilu, ali i skoro 20% studenata (od ukupnog broja prijavljenih),
koji su studirali fiziku na osnovnom nivou (za njih je ovaj ispit bio po odluci
region je obavezan).
Ukupno je pripremljeno 40 opcija za ispit 2007.
koje su bile pet serija od 8 opcija, kreiranih prema različitim planovima.
Niz varijanti razlikovao se u kontrolisanim elementima i tipovima sadržaja.
aktivnosti za istu liniju zadataka, ali generalno su svi imali približno
2 U ovom slučaju mislimo na oblik prezentacije informacija u tekstu zadatka ili distraktore,
tako da isti posao može provjeriti dvije aktivnosti.
istog prosječnog nivoa težine i odgovarao je planu ispita
rada datog u Dodatku 4.1.
4.2. Karakteristike učesnika USE iz fizike2007 godine
Broj učesnika USE iz fizike ove godine iznosio je 70.052 osobe, što je
znatno niži u odnosu na prethodnu godinu i približno u skladu sa pokazateljima
2005. (vidi tabelu 4.5). Broj regija u kojima su diplomci polagali VSE
fizike, povećan na 65. Broj diplomaca koji su odabrali fiziku u formatu
USE, značajno se razlikuje za različite regije: od 5316 ljudi. u Republici
Tatarstan do 51 osoba u Nenečkom autonomnom okrugu. Kao postotak od
ukupan broj diplomiranih studenata, broj polaznika USE iz fizike kreće se od
0,34% u Moskvi do 19,1% u Samarskoj regiji.
Table4.5
Broj učesnika ispita
Broj godina Djevojčice Dječaci
regioni
učesnici Broj % Broj %
2005 54 68 916 18 006 26,1 50 910 73,9
2006 61 90 3893 29 266 32,4 61 123 67,6
2007 65 70 052 17 076 24,4 52 976 75,6
Ispit iz fizike biraju pretežno mladići, i to tek četvrtina
od ukupnog broja učesnika su djevojke koje su odlučile nastaviti
obrazovni univerziteti fizičko-tehničkog profila.
Distribucija učesnika ispita po
tipovi naselja (vidi tabelu 4.6). Skoro polovina diplomaca koji su polagali
Jedinstveni državni ispit iz fizike, živi u velikim gradovima, a samo 20% su studenti koji su završili
seoske škole.
Table4.6
Distribucija učesnika ispita po vrstama naselja, u kojem
nalaze se njihove obrazovne institucije
Broj ispitanika Procenat
Ispitana vrsta naselja
Naselje ruralnog tipa (selo,
selo, farma itd.) 13.767 18.107 14.281 20,0 20,0 20,4
Urbano naselje
(radno naselje, gradsko naselje
vrsta, itd.)
4 780 8 325 4 805 6,9 9,2 6,9
Grad sa manje od 50 hiljada stanovnika 7.427 10.810 7.965 10,8 12,0 11,4
Grad sa populacijom od 50-100 hiljada ljudi 6.063 8.757 7.088 8,8 9,7 10,1
Grad sa populacijom od 100-450 hiljada ljudi 16.195 17.673 14.630 23,5 19,5 20,9
Grad sa populacijom od 450-680 hiljada ljudi 7.679 11.799 7.210 11.1 13.1 10.3
Grad sa preko 680.000 stanovnika.
ljudi 13.005 14.283 13.807 18,9 15,8 19,7
Sankt Peterburg - 72 7 - 0,1 0,01
Moskva - 224 259 - 0,2 0,3
Nema podataka – 339 – – 0,4 –
Ukupno 68.916 90.389 70.052 100% 100% 100%
3 2006. godine u jednom od regiona prijemni ispiti na fakultetima iz fizike održani su samo u
KORISTI format. To je dovelo do tako značajnog povećanja broja učesnika na ispitu.
Sastav polaznika ispita po vrstama obrazovnih institucija se praktično ne mijenja.
institucije (vidi tabelu 4.7). Kao i prošle godine, velika većina
od testiranih završili su opšteobrazovne ustanove, a samo oko 2%
maturanti su dolazili na ispit iz obrazovnih ustanova osnovnih odn
srednje stručno obrazovanje.
Table4.7
Distribucija učesnika ispita po vrstama obrazovnih ustanova
Broj
ispitanici
Procenat
Vrsta obrazovne ustanove koja se ispituje
2006 G. 2007 G. 2006 G. 2007 G.
Općeobrazovne ustanove 86.331 66.849 95,5 95.4
Večernje (smjensko) opšte obrazovanje
institucije 487 369 0,5 0,5
Opšteobrazovni internat,
kadetska škola, internat sa
početna letačka obuka
1 144 1 369 1,3 2,0
Obrazovne ustanove osnovnih i
srednje stručno obrazovanje 1.469 1.333 1,7 1.9
Nema podataka 958 132 1,0 0,2
Ukupno: 90.389 70.052 100% 100%
4.3. Glavni rezultati ispitnog rada iz fizike
Generalno, rezultati ispitnog rada u 2007. godini bili su
nešto više nego prošle godine, ali otprilike na istom nivou kao
brojke za prethodnu godinu. Tabela 4.8 prikazuje rezultate USE u fizici u 2007. godini.
na petostepenoj skali, au tabeli 4.9 i na sl. 4.1 - na testovima u 100-
bodovna skala. Radi jasnoće poređenja, rezultati su prikazani u poređenju sa
prethodne dvije godine.
Table4.8
Distribucija učesnika ispita po nivoima
obuku(procenat od ukupnog broja)
Godine "2" Oznake "n3o" 5 bodova "b4n" na skali "5"
2005 10,5% 40,7% 38,1% 10,7%
2006 16,0% 41,4% 31,1% 11,5%
2007 12,3% 43,2% 32,5% 12,0%
Table4.9
Raspodjela učesnika ispita
na osnovu rezultata testova2005-2007 gg.
Godina Test interval skale rezultata
0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100
2005 0,09% 0,57% 6,69% 19,62% 24,27% 24,44% 16,45% 6,34% 1,03% 0,50% 68 916
2006 0,10% 0,19% 6,91% 23,65% 23,28% 19,98% 15,74% 7,21% 2,26% 0,68% 90 389
2007 0,07% 1,09% 7,80% 19,13% 27,44% 20,60% 14,82% 6,76% 1,74% 0,55% 70 052
0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100
Rezultat testa
Procenat učenika koji su primili
odgovarajući rezultat testa
Rice. 4.1 Distribucija učesnika ispita prema primljenim rezultatima testova
Tabela 4.10 upoređuje skalu rezultata testa u 100 bodova
skalu sa rezultatima rješavanja zadataka ispitne opcije u osnovnoj
Table4.10
Poređenje intervala primarnih i testnih rezultata u2007 godine
Interval skale
rezultati testa 0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100
Interval skale
primarni rezultati 0-3 4-6 7-10 11-15 16-22 23-29 30-37 38-44 45-48 49-52
Za dobijanje 35 bodova (score 3, primarni rezultat - 13) ispitanik
bilo je dovoljno tačno odgovoriti na 13 najjednostavnijih pitanja iz prvog dijela
rad. Da bi postigao 65 bodova (ocjena 4, primarni rezultat - 34), maturant mora
je, na primjer, tačno odgovorio na 25 zadataka sa izborom odgovora, riješio tri od četiri
problemi sa kratkim odgovorima i još dva problema visokog nivoa
teškoće. Oni koji su dobili 85 bodova (score 5, primarni rezultat 46) praktično
savršeno odradio prvi i drugi dio rada i riješio najmanje četiri zadatka
treći dio.
Najbolji od najboljih (raspon od 91 do 100 bodova) ne trebaju samo
slobodno se snalaze u svim pitanjima školskog kursa fizike, ali i u praksi
izbjegavajte čak i tehničke greške. Dakle, da dobijete 94 boda (primarni rezultat
– 49) bilo je moguće „ne dobiti“ samo 3 primarna boda, dozvoljavajući npr.
aritmetičke greške u rješavanju jednog od problema visokog stepena složenosti
udaljenosti... između spoljni i unutrašnji uticaji i razlike uslovimaZa ... atnormalno tada pritisak dostigne 100° at ... Za njegovo djelovanje u velikoj mjeri veličine, Za ...
Wiener Norbert Cybernetics 2. izdanje Wiener Cybernetics ili kontrola i komunikacija u životinjama i mašinama - 2. izdanje - M Science Glavno izdanje izdanja za strane zemlje 1983. - 344 str.
DokumentOr uporedivi ... Za ispunjenje normalno procesi razmišljanja. At takav uslovima ... veličina Za spojne linije između različite konvolucije razdaljina... koji je manji molekule komponente mešavine...
Wiener i kibernetika ili kontrola i komunikacija u životinjama i mašinama - 2. izdanje - m science glavno izdanje publikacija za strane zemlje 1983. - 344 str.
DokumentOr uporedivi ... Za ispunjenje normalno procesi razmišljanja. At takav uslovima ... veličina ali sa glatkom površinom. Na drugoj strani, Za spojne linije između različite konvolucije razdaljina... koji je manji molekule komponente mešavine...
Teorija molekularne kinetike objašnjava da sve supstance mogu biti u tri agregatna stanja: čvrstom, tečnom i gasovitom. Na primjer, led, voda i vodena para. Plazma se često smatra četvrtim stanjem materije.
Agregatna stanja materije(iz latinskog aggrego- vezati, vezati) - stanja iste supstance, prijelazi između kojih su praćeni promjenom njenih fizičkih svojstava. Ovo je promjena u agregatnom stanju materije.
U sva tri stanja, molekule iste tvari se ni po čemu ne razlikuju jedna od druge, mijenjaju se samo njihova lokacija, priroda toplinskog kretanja i sile međumolekularne interakcije.
Kretanje molekula u gasovima
U plinovima je udaljenost između molekula i atoma obično mnogo veća od veličine molekula, a privlačne sile su vrlo male. Stoga plinovi nemaju svoj oblik i konstantan volumen. Plinovi se lako sabijaju jer su i sile odbijanja na velikim udaljenostima male. Plinovi imaju svojstvo neograničenog širenja, ispunjavajući cijeli volumen koji im se pruža. Molekuli plina kreću se vrlo velikom brzinom, sudaraju se jedni s drugima, odbijaju se jedni od drugih u različitim smjerovima. Stvaraju se brojni udari molekula na zidove posude pritisak gasa.
Kretanje molekula u tečnostima
U tečnostima, molekuli ne samo da osciliraju oko ravnotežnog položaja, već i skaču iz jednog ravnotežnog položaja u drugi. Ovi skokovi se dešavaju periodično. Vremenski interval između takvih skokova naziva se prosječno vrijeme mirnog života(ili prosečno vreme opuštanja) i označava se slovom ?. Drugim riječima, vrijeme relaksacije je vrijeme oscilacija oko jednog specifičnog ravnotežnog položaja. Na sobnoj temperaturi ovo vrijeme je u prosjeku 10 -11 s. Vrijeme jedne oscilacije je 10 -12 ... 10 -13 s.
Vrijeme ustaljenog života smanjuje se s povećanjem temperature. Udaljenost između molekula tekućine je manja od veličine molekula, čestice su blizu jedna drugoj, a međumolekularna privlačnost je velika. Međutim, raspored molekula tekućine nije striktno uređen u cijelom volumenu.
Tečnosti, kao i čvrste materije, zadržavaju svoj volumen, ali nemaju svoj oblik. Zbog toga poprimaju oblik posude u kojoj se nalaze. Tečnost ima svojstvo fluidnost. Zbog ovog svojstva tečnost se ne opire promjeni oblika, malo se kompresuje, a fizička svojstva su joj ista u svim smjerovima unutar tekućine (izotropija tekućina). Po prvi put je prirodu molekularnog kretanja u tečnostima ustanovio sovjetski fizičar Jakov Iljič Frenkel (1894 - 1952).
Kretanje molekula u čvrstim materijama
Molekule i atomi čvrstog tijela raspoređeni su u određenom redu i obliku kristalna rešetka. Takve čvrste supstance nazivaju se kristalnim. Atomi osciliraju oko ravnotežnog položaja, a privlačnost između njih je vrlo jaka. Stoga čvrsta tijela u normalnim uvjetima zadržavaju volumen i imaju svoj oblik.
fizika
Interakcija između atoma i molekula materije. Struktura čvrstih, tečnih i gasovitih tela
Privlačne i odbojne sile djeluju istovremeno između molekula tvari. Ove sile u velikoj mjeri zavise od udaljenosti između molekula.
Prema eksperimentalnim i teorijskim istraživanjima, međumolekulske sile interakcije su obrnuto proporcionalne n-tom stepenu udaljenosti između molekula:
gdje je za privlačne sile n = 7, a za sile odbijanja .
Interakcija dvaju molekula može se opisati pomoću dijagrama projekcije rezultujućih sila privlačenja i odbijanja molekula na rastojanje r između njihovih centara. Usmjerimo os r od molekula 1, čiji se centar poklapa sa ishodištem koordinata, u centar molekula 2 koji se nalazi na udaljenosti od njega (slika 1).
Tada će projekcija sile odbijanja molekula 2 od molekula 1 na os r biti pozitivna. Projekcija privlačne sile molekula 2 na molekul 1 bit će negativna.
Sile odbijanja (slika 2) su mnogo veće od privlačnih sila na malim udaljenostima, ali se znatno brže smanjuju sa povećanjem r. Privlačne sile također brzo opadaju s povećanjem r, tako da se, počevši od određene udaljenosti, interakcija molekula može zanemariti. Najveća udaljenost rm na kojoj molekuli još uvijek djeluju naziva se radijus molekularnog djelovanja. 
.
Sile odbijanja su po modulu jednake silama privlačenja.
Udaljenost odgovara stabilnom ravnotežnom međusobnom položaju molekula.
U različitim agregatnim stanjima tvari, udaljenost između njenih molekula je različita. Otuda i razlika u interakciji sila molekula i suštinska razlika u prirodi kretanja molekula gasova, tečnosti i čvrstih tela.
U plinovima su udaljenosti između molekula nekoliko puta veće od samih molekula. Kao rezultat toga, sile interakcije između molekula plina su male, a kinetička energija toplinskog kretanja molekula daleko premašuje potencijalnu energiju njihove interakcije. Svaki se molekul slobodno kreće od drugih molekula velikim brzinama (stotine metara u sekundi), mijenjajući smjer i modul brzine prilikom sudara s drugim molekulima. Srednji slobodni put molekula gasa zavisi od pritiska i temperature gasa. pod normalnim uslovima.
U tečnostima je razmak između molekula mnogo manji nego u gasovima. Sile interakcije između molekula su velike, a kinetička energija kretanja molekula je srazmjerna potencijalnoj energiji njihove interakcije, uslijed čega molekuli tekućine osciliraju oko određenog ravnotežnog položaja, a zatim naglo prelaze u novi ravnotežne pozicije nakon vrlo kratkih vremenskih intervala, što dovodi do fluidnosti tečnosti. Dakle, u tekućini molekuli izvode uglavnom oscilatorna i translacijska kretanja. U čvrstim tijelima sile interakcije između molekula su toliko velike da je kinetička energija kretanja molekula mnogo manja od potencijalne energije njihove interakcije. Molekule vrše samo vibracije sa malom amplitudom oko određenog konstantnog ravnotežnog položaja - čvora kristalne rešetke.
Ova udaljenost se može procijeniti poznavanjem gustine supstance i molarne mase. Koncentracija - broj čestica po jedinici zapremine povezan je sa gustinom, molarnom masom i Avogadrovim brojem relacijom.
Mnogi prirodni fenomeni svjedoče o haotičnom kretanju mikročestica, molekula i atoma materije. Što je temperatura supstance viša, to je kretanje intenzivnije. Stoga je toplina tijela odraz nasumičnog kretanja njegovih sastavnih molekula i atoma.
Dokaz da su svi atomi i molekuli neke supstance u stalnom i nasumičnom kretanju može biti difuzija – međusobno prodiranje čestica jedne supstance u drugu (vidi sliku 20a). Dakle, miris se brzo širi po prostoriji čak i u nedostatku kretanja zraka. Kap tinte brzo pretvara cijelu čašu vode u jednolično crno, iako bi se činilo da bi gravitacija trebala pomoći da se staklo boji samo u smjeru odozgo prema dolje. Difuzija se također može otkriti u čvrstim tvarima ako se čvrsto pritisnu jedna uz drugu i ostave na duže vrijeme. Fenomen difuzije pokazuje da se mikročestice supstance mogu spontano kretati u svim smjerovima. Takvo kretanje mikročestica supstance, kao i njenih molekula i atoma, naziva se njihovo toplotno kretanje.
Očigledno je da se svi molekuli vode u čaši kreću čak i ako u njoj nema kapi mastila. Jednostavno, difuzija mastila čini vidljivim toplotno kretanje molekula. Još jedan fenomen koji omogućava promatranje toplinskog kretanja, pa čak i procjenu njegovih karakteristika može biti Brownovo kretanje, koje se naziva haotično kretanje bilo koje najmanje čestice u potpuno mirnoj tekućini vidljivoj kroz mikroskop. Nazvan je Brownian u čast engleskog botaničara R. Browna, koji je 1827. godine, ispitujući spore polena jedne od biljaka suspendovanih u vodi pod mikroskopom, ustanovio da se one neprekidno i haotično kreću.
Braunovo zapažanje potvrdili su i mnogi drugi naučnici. Ispostavilo se da Braunovo kretanje nije povezano ni sa tokovima u tečnosti, niti sa njenim postepenim isparavanjem. Najmanje čestice (zvali su ih i Brownovske) ponašale su se kao da su žive, a taj "ples" čestica ubrzavao se zagrijavanjem tekućine i smanjenjem veličine čestica i, obrnuto, usporavao kada se voda zamijenila viskozniji medij. Brownovsko kretanje je bilo posebno uočljivo kada je uočeno u gasu, na primjer, nakon čestica dima ili kapljica magle u zraku. Ovaj zadivljujući fenomen nikada nije prestao, a mogao se posmatrati beskonačno.
Objašnjenje Brownovog kretanja dato je tek u posljednjoj četvrtini 19. stoljeća, kada je mnogim naučnicima postalo očigledno da je kretanje braunovske čestice uzrokovano nasumičnim udarima srednjih molekula (tečnosti ili plina) koji vrše toplinsko kretanje (vidi Slika 20b). U prosjeku, molekuli medija djeluju na Brownovu česticu sa svih strana jednakom silom, međutim, ovi udari nikada ne uravnotežuju jedan drugog, i kao rezultat toga, brzina Brownove čestice nasumično se mijenja u veličini i smjeru. Stoga se Braunova čestica kreće cik-cak putanjom. U ovom slučaju, što je manja veličina i masa Brownove čestice, njeno kretanje postaje uočljivije.
Godine 1905. A. Einstein je stvorio teoriju Brownovog kretanja, vjerujući da u svakom trenutku ubrzanje Brownove čestice ovisi o broju sudara s molekulima medija, što znači da ovisi o broju molekula po jedinici. zapremine medijuma, tj. sa Avogadrovog broja. Einstein je izveo formulu po kojoj je bilo moguće izračunati kako se prosječni kvadrat kretanja Brownove čestice mijenja s vremenom, ako se zna temperatura medija, njen viskozitet, veličina čestice i Avogadrov broj, koji je u to vrijeme bio još uvijek nepoznato. Valjanost ove Ajnštajnove teorije eksperimentalno je potvrdio J. Perrin, koji je prvi dobio vrednost Avogadrovog broja. Dakle, analiza Brownovog kretanja postavila je temelje moderne molekularno-kinetičke teorije strukture materije.
Pitanja za pregled:
· Šta je difuzija i kako je povezana sa toplotnim kretanjem molekula?
Šta se naziva Brownovo kretanje i da li je toplotno?
Kako se priroda Brownovog kretanja mijenja kada se zagrije?
Rice. 20. (a) - u gornjem dijelu su prikazani molekuli dva različita plina, razdvojeni pregradom, koja se uklanja (vidi donji dio), nakon čega počinje difuzija; (b) donje lijevo prikazuje shematski prikaz Brownove čestice (plavo) okružene molekulima u mediju, sudari s kojima izazivaju kretanje čestice (vidi tri putanje kretanja čestice).
§ 21. INTERMOLEKULARNE SILE: STRUKTURA GASOVITA, TEČNIH I ČVRSTIH TELA
Navikli smo na činjenicu da se tekućina može sipati iz jedne posude u drugu, a plin brzo ispuni cijeli volumen koji mu se pruža. Voda može da teče samo koritom, a vazduh iznad nje ne poznaje granice. Da gas ne bi nastojao da zauzme sav prostor okolo, ugušili bismo se, jer. ugljični dioksid koji izdišemo nakupljao bi se oko nas, sprečavajući nas da udahnemo svježi zrak. Da, i automobili bi uskoro stali iz istog razloga. Takođe im je potreban kiseonik za sagorevanje goriva.
Zašto gas, za razliku od tečnosti, ispunjava čitavu zapreminu koja mu je data? Između svih molekula djeluju međumolekularne privlačne sile, čija veličina vrlo brzo opada s udaljavanjem molekula jedna od druge, pa stoga na udaljenosti koja je jednaka nekoliko promjera molekula, one uopće ne djeluju. Lako je pokazati da je udaljenost između susjednih molekula plina mnogo puta veća od udaljenosti tekućine. Koristeći formulu (19.3) i znajući gustinu vazduha (r=1,29 kg/m3) pri atmosferskom pritisku i njegovu molarnu masu (M=0,029 kg/mol), možemo izračunati prosečnu udaljenost između molekula vazduha, koja će biti jednaka 6.1.10- 9 m, što je dvadeset puta rastojanje između molekula vode.
Dakle, između molekula tekućine, smještenih gotovo blizu jedna drugoj, djeluju privlačne sile koje sprječavaju ove molekule da se rasprše u različitim smjerovima. Naprotiv, zanemarljive sile privlačenja između molekula plina nisu u stanju da ih drže zajedno, te se stoga plinovi mogu širiti, ispunjavajući cijeli volumen koji im je dat. Postojanje međumolekularnih sila privlačenja može se potvrditi postavljanjem jednostavnog eksperimenta - pritiskanjem dvije olovne šipke jedna na drugu. Ako su kontaktne površine dovoljno glatke, onda će se šipke zalijepiti i bit će ih teško razdvojiti.
Međutim, same međumolekularne sile privlačenja ne mogu objasniti sve razlike između svojstava plinovitih, tekućih i čvrstih tvari. Zašto je, na primjer, jako teško smanjiti volumen tekućine ili čvrste tvari, ali je relativno lako komprimirati balon? To se objašnjava činjenicom da između molekula ne postoje samo privlačne sile, već i intermolekularne sile odbijanja koje djeluju kada se elektronske ljuske atoma susjednih molekula počnu preklapati. Upravo te sile odbijanja sprečavaju jedan molekul da prodre u zapreminu koju već zauzima drugi molekul.
Kada vanjske sile ne djeluju na tečno ili čvrsto tijelo, udaljenost između njihovih molekula je takva (vidi r0 na slici 21a) na kojoj su rezultirajuće sile privlačenja i odbijanja jednake nuli. Ako pokušate smanjiti volumen tijela, tada se udaljenost između molekula smanjuje, a sa strane sabijenog tijela počinje djelovati rezultanta povećane odbojne sile. Naprotiv, kada se tijelo istegne, elastične sile koje nastaju povezane su s relativnim povećanjem sila privlačenja, jer kada se molekuli udaljavaju jedan od drugog, odbojne sile padaju mnogo brže od privlačnih sila (vidi sliku 21a).
Molekuli plina nalaze se na udaljenostima koje su desetine puta veće od njihove veličine, zbog čega ovi molekuli ne stupaju u interakciju jedni s drugima, pa se plinovi mnogo lakše sabijaju od tekućina i čvrstih tvari. Gasovi nemaju nikakvu specifičnu strukturu i predstavljaju skup pokretnih i sudarajućih molekula (vidi sliku 21b).
Tečnost je skup molekula koji su skoro blizu jedan drugom (vidi sliku 21c). Toplotno kretanje omogućava molekulu tečnosti da s vremena na vrijeme mijenja svoje susjede, skačući s jednog mjesta na drugo. Ovo objašnjava fluidnost tečnosti.
Atomi i molekuli čvrstih tela su lišeni mogućnosti da menjaju svoje susede, a njihovo toplotno kretanje je samo mala fluktuacija u odnosu na položaj susednih atoma ili molekula (vidi sliku 21d). Interakcija između atoma može dovesti do činjenice da čvrsta materija postaje kristal, a atomi u njoj zauzimaju položaje na čvorovima kristalne rešetke. Budući da se molekuli čvrstih tijela ne kreću u odnosu na svoje susjede, ova tijela zadržavaju svoj oblik.
Pitanja za pregled:
Zašto se molekuli gasa ne privlače jedni druge?
Koja svojstva tijela određuju međumolekularne sile odbijanja i privlačenja?
Kako se objašnjava protok fluida?
Zašto sva čvrsta tijela zadržavaju svoj oblik?
§ 22. IDEALNI GAS. OSNOVNA JEDNAČINA MOLEKULARNO-KINETIČKE TEORIJE GASA.
1. Struktura gasovitih, tečnih i čvrstih tela
Teorija molekularne kinetike omogućava razumijevanje zašto supstanca može biti u plinovitom, tekućem i čvrstom stanju.
Gasovi. U plinovima je udaljenost između atoma ili molekula u prosjeku mnogo puta veća od veličine samih molekula ( sl.8.5). Na primjer, pri atmosferskom pritisku, zapremina posude je desetine hiljada puta veća od zapremine molekula sadržanih u njoj.
Plinovi se lako komprimiraju, dok se prosječna udaljenost između molekula smanjuje, ali se oblik molekula ne mijenja ( sl.8.6).
Molekuli sa ogromnim brzinama - stotinama metara u sekundi - kreću se u svemiru. Sudarajući se, odbijaju se jedna od druge u različitim smjerovima poput bilijarskih loptica. Slabe sile privlačenja molekula gasa nisu u stanju da ih drže jedna blizu druge. Zbog toga gasovi se mogu neograničeno širiti. Ne zadržavaju ni oblik ni volumen.
Brojni udari molekula na zidove posude stvaraju pritisak plina.
Tečnosti. Molekuli tečnosti nalaze se gotovo blizu jedan drugom ( sl.8.7), tako da se molekul tekućine ponaša drugačije od molekula plina. U tečnostima postoji takozvani poredak kratkog dometa, tj. uređeni raspored molekula je očuvan na udaljenostima jednakim nekoliko prečnika molekula. Molekul oscilira oko svoje ravnotežne pozicije, sudarajući se sa susjednim molekulima. Tek s vremena na vrijeme napravi još jedan "skok", zapadajući u novi položaj ravnoteže. U ovom ravnotežnom položaju, sila odbijanja je jednaka sili privlačenja, tj. ukupna sila interakcije molekula je nula. Vrijeme sređen život molekula vode, tj. vrijeme njenih oscilacija oko jednog specifičnog ravnotežnog položaja na sobnoj temperaturi je u prosjeku 10 -11 s. Vrijeme jedne oscilacije je mnogo manje (10 -12 -10 -13 s). Kako temperatura raste, vrijeme staloženog života molekula se smanjuje.
Priroda molekularnog kretanja u tečnostima, koju je prvi ustanovio sovjetski fizičar Ya.I. Frenkel, omogućava razumevanje osnovnih svojstava tečnosti.
Molekuli tečnosti nalaze se direktno jedan pored drugog. Sa smanjenjem zapremine, sile odbijanja postaju veoma velike. Ovo objašnjava niska kompresibilnost tečnosti.
kao što je poznato, tečnosti su tečne, odnosno ne zadržavaju svoj oblik. To se može objasniti ovako. Vanjska sila ne mijenja primjetno broj molekularnih skokova u sekundi. Ali skokovi molekula iz jednog stabilnog položaja u drugi događaju se uglavnom u smjeru vanjske sile ( sl.8.8). Zbog toga tečnost teče i poprima oblik posude.
Čvrste materije. Atomi ili molekuli čvrstih materija, za razliku od atoma i molekula tečnosti, vibriraju oko određenih ravnotežnih položaja. Iz tog razloga, čvrste materije zadržati ne samo volumen već i oblik. Potencijalna energija interakcije molekula čvrstog tijela mnogo je veća od njihove kinetičke energije.
Postoji još jedna važna razlika između tečnosti i čvrstih materija. Tečnost se može uporediti sa gomilom ljudi, gde se pojedini pojedinci nemirno guraju na mestu, a čvrsto telo je kao vitka kohorta istih pojedinaca koji, iako ne stoje na pažnji, održavaju u proseku određene udaljenosti između sebe. . Ako povežemo centre ravnotežnih položaja atoma ili jona čvrstog tijela, onda ćemo dobiti ispravnu prostornu rešetku, tzv. kristalno.
Slike 8.9 i 8.10 prikazuju kristalne rešetke kuhinjske soli i dijamanta. Unutrašnji poredak u rasporedu kristalnih atoma dovodi do pravilnih spoljašnjih geometrijskih oblika.
Slika 8.11 prikazuje dijamante Jakutije.
Za plin, udaljenost l između molekula je mnogo veća od dimenzija molekula r 0:" l>>r 0 .
Tečnosti i čvrste materije imaju l≈r 0 . Molekuli tečnosti su poređani u neredu i s vremena na vreme skaču iz jednog staloženog položaja u drugi.
U kristalnim čvrstim materijama, molekuli (ili atomi) su raspoređeni na striktno uređen način.
2. Idealan gas u molekularno-kinetičkoj teoriji
Proučavanje bilo koje oblasti fizike uvijek počinje uvođenjem određenog modela, u okviru kojeg se proučavanje provodi u budućnosti. Na primjer, kada smo proučavali kinematiku, model tijela je bio materijalna tačka, itd. Kao što ste možda pretpostavili, model nikada neće odgovarati stvarnim procesima koji se odvijaju, ali često je vrlo blizu ovoj korespondenciji.
Molekularna fizika, a posebno MKT, nije izuzetak. Mnogi naučnici su radili na problemu opisivanja modela od osamnaestog veka: M. Lomonosov, D. Joule, R. Clausius (slika 1). Potonji je, zapravo, uveo model idealnog plina 1857. godine. Kvalitativno objašnjenje osnovnih svojstava materije na osnovu molekularne kinetičke teorije nije posebno teško. Međutim, teorija koja uspostavlja kvantitativne odnose između eksperimentalno izmjerenih veličina (pritisak, temperatura itd.) i svojstava samih molekula, njihovog broja i brzine kretanja, vrlo je složena. U plinu pri uobičajenom pritisku, razmak između molekula je višestruko veći od njihove veličine. U ovom slučaju, sile interakcije molekula su zanemarljive, a kinetička energija molekula je mnogo veća od potencijalne energije interakcije. Molekule plina se mogu smatrati materijalnim tačkama ili vrlo malim čvrstim kuglicama. Umjesto pravi gas, između molekula čijih kompleksnih interakcijskih sila djeluju, razmotrit ćemo ga model je idealan gas.
Idealan gas– model plina, u kojem su molekule i atomi plina predstavljeni kao vrlo male (veličine koje nestaju) elastične kuglice koje ne stupaju u interakciju jedna s drugom (bez direktnog kontakta), već se samo sudaraju (vidi sliku 2).
Treba napomenuti da razrijeđeni vodonik (pod vrlo niskim pritiskom) gotovo u potpunosti zadovoljava model idealnog plina.
Rice. 2.
Idealan gas je plin čija je interakcija između molekula zanemarljiva. Naravno, kada se molekuli idealnog gasa sudare, na njih deluje odbojna sila. Budući da, prema modelu, molekule plina možemo smatrati materijalnim tačkama, zanemarujemo veličine molekula, pod pretpostavkom da je volumen koji oni zauzimaju mnogo manji od volumena posude.
Podsjetimo da se u fizičkom modelu uzimaju u obzir samo ona svojstva realnog sistema, čije je razmatranje apsolutno neophodno da bi se objasnili proučavani obrasci ponašanja ovog sistema. Nijedan model ne može prenijeti sva svojstva sistema. Sada moramo riješiti prilično uzak problem: izračunati, koristeći molekularno-kinetičku teoriju, pritisak idealnog plina na stijenke posude. Za ovaj problem se ispostavlja da je idealan model plina sasvim zadovoljavajući. To dovodi do rezultata koji su potvrđeni iskustvom.
3. Pritisak plina u molekularno-kinetičkoj teoriji
Neka gas bude u zatvorenoj posudi. Manometar pokazuje pritisak gasa p0. Kako nastaje ovaj pritisak?
Svaki molekul plina, udarivši o zid, djeluje na njega određenom silom u kratkom vremenskom periodu. Kao rezultat nasumičnih udara na zid, pritisak se brzo mijenja s vremenom, otprilike kao što je prikazano na slici 8.12. Međutim, efekti uzrokovani udarima pojedinih molekula su toliko slabi da ih manometar ne bilježi. Manometar bilježi prosječnu vremensku silu koja djeluje na svaku jediničnu površinu površine njegovog osjetljivog elementa - membrane. Uprkos malim promjenama tlaka, prosječan pritisak p0 u praksi se ispostavlja da je to sasvim određena vrijednost, jer ima mnogo udara na zid, a mase molekula su vrlo male.
Idealan gas je model pravog gasa. Prema ovom modelu, molekule gasa se mogu smatrati materijalnim tačkama, čija se interakcija dešava samo kada se sudare. U sudaru sa zidom, molekuli gasa vrše pritisak na njega.
4. Mikro- i makro-parametri gasa
Sada možemo početi da opisujemo parametre idealnog gasa. Podijeljeni su u dvije grupe:
Idealni parametri gasa
To jest, mikroparametri opisuju stanje jedne čestice (mikrotijela), a makroparametri opisuju stanje cijelog dijela plina (makrotijela). Napišimo sada relaciju koja povezuje neke parametre s drugima, ili osnovnu jednačinu MKT-a:
Ovdje: - prosječna brzina čestica;
Definicija. - koncentracija gasne čestice - broj čestica po jedinici zapremine; ; jedinica - .
5. Srednja vrijednost kvadratne brzine molekula
Da biste izračunali prosječni tlak, morate znati prosječnu brzinu molekula (tačnije, prosječnu vrijednost kvadrata brzine). Ovo nije lako pitanje. Navikli ste na činjenicu da svaka čestica ima brzinu. Prosječna brzina molekula ovisi o kretanju svih čestica.
Prosječne vrijednosti. Od samog početka se mora odustati od pokušaja praćenja kretanja svih molekula koji čine gas. Ima ih previše, a kreću se veoma teško. Ne moramo znati kako se svaki molekul kreće. Moramo otkriti do kakvog rezultata vodi kretanje svih molekula plina.
Priroda kretanja čitavog skupa molekula plina poznata je iz iskustva. Molekuli učestvuju u nasumičnom (termičkom) kretanju. To znači da brzina bilo kojeg molekula može biti ili vrlo velika ili vrlo mala. Smjer kretanja molekula se stalno mijenja kada se sudaraju.
Međutim, brzine pojedinačnih molekula mogu biti bilo koje prosjek vrijednost modula ovih brzina je sasvim određena. Slično, visina učenika u odeljenju nije ista, ali je njena prosečna vrednost određeni broj. Da biste pronašli ovaj broj, trebate dodati visinu pojedinih učenika i podijeliti ovaj iznos sa brojem učenika.
Prosječna vrijednost kvadrata brzine. U budućnosti će nam trebati prosječna vrijednost ne same brzine, već kvadrata brzine. Prosječna kinetička energija molekula ovisi o ovoj vrijednosti. A prosječna kinetička energija molekula, kao što ćemo uskoro vidjeti, ima veliki značaj u cjelokupnoj molekularno-kinetičkoj teoriji.
Označimo module brzina pojedinačnih molekula gasa kao . Prosječna vrijednost kvadrata brzine određena je sljedećom formulom:
Gdje N je broj molekula u gasu.
Ali kvadrat modula bilo kojeg vektora jednak je zbroju kvadrata njegovih projekcija na koordinatne ose OH, OY, OZ. Zbog toga
Prosječne vrijednosti veličina mogu se odrediti pomoću formula sličnih formuli (8.9). Između prosječne vrijednosti i prosječnih vrijednosti kvadrata projekcija postoji isti odnos kao i omjer (8,10):
Zaista, jednakost (8.10) vrijedi za svaki molekul. Dodavanje takvih jednakosti za pojedinačne molekule i dijeljenje obje strane rezultirajuće jednadžbe brojem molekula N, dolazimo do formule (8.11).
Pažnja! Budući da su smjerovi tri ose OH, OY I oz zbog nasumičnog kretanja molekula, one su jednake, prosječne vrijednosti kvadrata projekcija brzina su međusobno jednake:
Vidite, iz haosa nastaje određena pravilnost. Možete li to sami shvatiti?
Uzimajući u obzir relaciju (8.12), zamjenjujemo u formulu (8.11) umjesto i . Tada za srednji kvadrat projekcije brzine dobijamo:
tj. srednji kvadrat projekcije brzine jednak je 1/3 srednjeg kvadrata same brzine. Faktor 1/3 javlja se zbog trodimenzionalnosti prostora i, shodno tome, postojanja tri projekcije za bilo koji vektor.
Brzine molekula variraju nasumično, ali srednji kvadrat brzine je dobro definirana vrijednost.
6. Osnovna jednadžba molekularno-kinetičke teorije
Prelazimo na izvođenje osnovne jednadžbe molekularno-kinetičke teorije plinova. Ova jednačina utvrđuje zavisnost pritiska gasa od prosečne kinetičke energije njegovih molekula. Nakon izvođenja ove jednačine u XIX veku. i eksperimentalnim dokazom njegove valjanosti započeo je brzi razvoj kvantitativne teorije, koji traje do danas.
Dokaz gotovo bilo koje tvrdnje u fizici, izvođenje bilo koje jednadžbe može se izvesti sa različitim stepenom strogosti i uvjerljivosti: vrlo pojednostavljeno, manje ili više rigorozno, ili sa punom strogošću dostupnom modernoj nauci.
Rigorozno izvođenje jednadžbe molekularno-kinetičke teorije plinova prilično je komplikovano. Stoga se ograničavamo na vrlo pojednostavljeno, shematsko izvođenje jednadžbe. Unatoč svim pojednostavljenjima, rezultat će biti ispravan.
Derivacija glavne jednadžbe. Izračunajte pritisak gasa na zidu CD plovilo A B C D području S, okomito na koordinatnu osu OX (sl.8.13).
Kada molekul udari o zid, njegov impuls se mijenja: . Pošto se modul brzine molekula ne mijenja pri udaru, onda 
. Prema drugom Newtonovom zakonu, promjena količine gibanja molekule jednaka je impulsu sile koja na nju djeluje sa strane stijenke posude, a prema trećem Newtonovom zakonu, impuls sile kojom je molekul djelovao na zidu je isti u apsolutnoj vrijednosti. Posljedično, kao rezultat udara molekula, na zid je djelovala sila, čiji je impuls jednak .
