Физика: Основные формы материи
Жидкости Газы Физическое поле Гравитационное поле Электрическое поле Магнитное поле
Материя существует в форме вещества и поля (вода - вещество, радиоволны - поле).
Содержание
Вещество
Вода - вещество, капля воды - физическое тело, алюминий - вещество, алюминиевая кружка - физическое тело.
Можно измерить удельный вес и плотность исследуемого вещества, его упругость и твёрдость, электропроводность и магнитные свойства, прозрачность, теплоёмкость и т.д.
Вещество может находиться в трех состояниях: газ, жидкость, твердые тела.
Плотность вещества
Каждое вещество занимает некоторый объём. И может оказаться, что объёмы двух тел равны, а их массы различны. В этом случае говорят, что плотности этих веществ различны.
Если рассмотреть кусок железа, масса которого равна 1 кг и кусок дерева, масса которого равна 1 кг, то можно сделать выводы, что объём дерева больше, чем объём куска железа, так как плотность дерева меньше, чем плотность железа (молекулы прилегают не так плотно друг к другу).
В различных состояниях плотность вещества различна. Например, плотность расплавленного железа меньше плотности твёрдого железа.
Самое плотное твердое вещество осмий- 22600 кг/м3. Самая плотная жидкость - ртуть (13600 кг/м3). Но самое плотное вещество не находится на Земле. Например, в космосе плотность белого карлика Сириуса Б (звезда) так велика, что масса спичечного коробка из этого вещества была бы равна 127 тоннам.
Вода, лёд и водяной пар – это три состояния одного вещества. Разные агрегатные состояния одного и того же вещества имеют разные плотности. Это связано с внутренним строением веществ, взаимным расположением молекул в них.
Плотность вещества зависит от температуры, при повышении температуры обычно плотность снижается. Это связано с термическим расширением, когда при неизменной массе увеличивается объём.
Твердые тела
Мы живем на поверхности твердого тела – земного шара, в сооружениях, построенных из твердых тел. Наше тело, хотя и содержит 65% воды, тоже твердое. Знать свойства твердых тел жизненно необходимо.
Свойства твердых тел
- Твердые тела сохраняют свою форму и объем.
- В твердых телах расстояния между молекулами равно размерам молекул, поэтому твердые тела сохраняют форму.
- Молекулы расположены в определенном порядке, называемом кристаллическая решетка, поэтому в обычных условиях твердые тела сохраняют свой объём.
Современная промышленность не может обойтись без самых разнообразных кристаллов. Они используются в часах, транзисторных приёмниках, вычислительных машинах, лазерах и многом другом. Великая лаборатория-природа - уже не может удовлетворить спрос развивающейся техники: на специальных фабриках выращивают искусственные кристаллы, учёные создают твёрдые тела с заданными механическими, магнитными, электрическими и другими свойствами.
И если, вы хотите почувствовать себя в роли Природы, то есть вырастить кристаллы дома, то можете воспользоваться следующей информацией:
Выращивание кристаллов у себя дома: https://sites.google.com/site/crystallsgrowing/home/articles/main_article
Жидкие кристаллы
Это вещества, обладающие одновременно свойствами как жидкостей, так и кристаллов. На основе жидких кристаллов созданы измерители давления, детекторы ультразвука. Но самая многообещающая область применения жидкокристаллических веществ - информационная техника. От первых индикаторов, знакомых всем по электронным часам, до современных телевизоров с жидкокристаллическим экраном. Такие телевизоры дают изображение весьма высокого качества, потребляя меньшее количество энергии.
Жидкости
Жидкость растекается и неспособна сохранять свою форму, она принимает форму сосуда. Жидкости различаются своей текучестью. Пролитая вода быстро растекается тонким слоем, а мёд растекается медленно.
Свойства:
- Жидкости легко меняют свою форму, но сохраняют объем
- Молекулы в жидкостях расположены на расстояниях, равных размерам молекул, сохраняя так называемый ближний порядок. Жидкости сохраняют свой объем.
- Молекулы непрерывно движутся, совершая перескоки, поэтому жидкости текут, принимая форму сосуда.
Смачивание — способность жидкости смачивать поверхность, на которую она попала.
Важно, с каким веществом соприкасается жидкость. Вода, например, не смачивает жирные поверхности. Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твёрдого вещества, то жидкость смачивает твёрдое вещество (например, вода на чистой стеклянной поверхности).
Если молекулы жидкости сильнее притягиваются друг к другу, чем к молекулам твёрдого вещества, то жидкость не смачивает твёрдое вещество (например, вода на поверхности из парафина).
Жидкостям свойственно поверхностное натяжение. Почему иголка держится на поверхности воды? Из-за поверхностного натяжения молекулы воды образуют на её поверхности как бы эластичную плёнку, чтобы её порвать, необходимо приложить некоторую силу.
Если в воде растворить какое-либо вещество, то её поверхностное натяжение изменится. Поверхностное натяжение снижают средства для стирки белья или мытья посуды, когда их добавляют в воду, то вода лучше смачивает волокна ткани или грязную посуду. Например, водомерку на воде удерживает поверхностное натяжение.
Газы
Наглядным примером газа есть воздух вокруг нас. Мы живем на дне огромного воздушного океана, глубина которого составляет десятки километров. Это атмосфера.
Воздух кажется нам очень легким. Но и он имеет вес: на каждый квадратный сантиметр поверхности Земли воздух давит с силой, равной весу килограммовой гири.
Молекулы в газах находятся далеко относительно друг друга, расстояния между молекулами примерно раз в десять больше самих молекул. Поэтому молекулы не взаимодействуют между собой, не устанавливается межмолекулярных связей. Молекулы беспорядочно двигаются во все стороны.
В результате газ обладает следующими свойствами:
- Газы не имеют собственной формы и постоянного объема. Они принимают форму сосуда и полностью заполняют весь представленный им объем.
- Молекулы газов находятся на расстояниях, намного превышающих их размеры, поэтому не притягиваются друг к другу; они непрерывно движутся с огромными скоростями, и поэтому газы заполняют весь предоставленный объем, принимая форму сосуда.
Если наполнить резиновый мяч воздухом, то воздух равномерно заполнит весь его объем, он не осядет внизу или не поднимется в верхнюю его часть. Он распространится именно по всему объему. Если тем же объемом воздуха заполнить мяч, который больше первого, то воздух в нем также заполнит весь объем, но будет менее плотный. Поэтому нам будет легче сжать второй мяч.
Почему же воздушная оболочка Земли — атмосфера — не «улетает» в космос, если газ старается занять весь объем? Ведь между атмосферой и космосом нет преград. Дело в том, что Земля притягивает тела к себе, в том числе и атмосферу. Если бы притяжение было слабым, то газ разлетелся бы по космосу. Так дело обстоит, например, на Луне. У нее нет атмосферы.
В отличие от твёрдых тел и жидкостей, объём газа существенно зависит от давления и температуры. Любой газ можно превратить в жидкость простым сжатием, если температура газа ниже критической.
Сжиженные газы находят широкое применение в технике. Азот идёт для получения аммиака и азотных солей, употребляемых в сельском хозяйстве для удобрения почвы. Аргон, неон и другие инертные газы используются для наполнения электрических ламп накаливания, а также газосветных ламп. Наибольшее применение имеет кислород. В смеси с ацетиленом или водородом он даёт пламя очень высокой температуры, применяемое для резки и сварки металлов. Вдувание кислорода (кислородное дутьё) ускоряет металлургические процессы. Доставляемый из аптек в подушках кислород действует как обезболивающее. Особенно важным является применение жидкого кислорода в качестве окислителя для двигателей космических ракет.
Жидкий водород используется как топливо в космических ракетах. Например, для заправки американской ракеты «Сатурн – 5» требуется 90т жидкого водорода.
Жидкий аммиак нашёл широкое применение в холодильниках – огромных складах, где хранятся скоропортящиеся продукты. Охлаждение, возникающее при испарении сжиженных газов, используют в рефрижераторах при перевозке скоропортящихся продуктов.
Газы, применяемые в промышленности, медицине и т. п., легче перевозить, когда они находятся в сжиженном состоянии, так как при этом в том же объёме заключается большее количество вещества.
Физическое поле
Материя находится в непрерывном движении. Различные виды материи могут превращаться друг в друга. Вещество может превращаться в поле, а поле - в вещество.
Поле в современной системе знаний определено как особая форма материи. Поля могут быть: сильные, слабые, гравитационные, электромагнитные, поля ядерных сил. Поля могут существовать самостоятельно, независимо от частиц, их породивших.
С помощью поля – невидимых электромагнитных волн – мы можем связываться с собеседником по мобильному телефону, капитан корабля – определять свои координаты через спутник. На таких волнах работают радио и телевидение. Еще одним примером электромагнитных волн является свет.
Сложнее представить поле – мы можем констатировать последствия его действия на нас, но не можем увидеть. Поле не всегда можно обнаружить с помощью органов чувств человека, но оно легко обнаруживается по влиянию на какие-нибудь физические тела (притяжение мелких металлических предметов к магниту).
Гравитационное поле
Гравитационное взаимодействие - это взаимодействие, свойственное всем телам во Вселенной. Она проявляется в их взаимном притяжении друг к другу и осуществляется посредством особого вида материи - гравитационного поля.
Гравитационное поле существует у любого тела: звезды или планеты, человека или книги, молекулы или атома. Гравитационное поле можно обнаружить лишь в телах, имеющих значительную массу. Это означает, что гравитационное взаимодействие очень слабое.
Каждое тело (например, Земля) создает вокруг себя силовое поле — поле тяготения. Существует гравитационное поле, которое мы не ощущаем, но благодаря которому мы ходим по земле и не улетаем с нее, несмотря на то, что она вращается со скоростью 30 км/с.
Ньютон предположил, что ряд явлений, казалось бы, не имеющих ничего общего (падение тел на Землю, обращение планет вокруг Солнца, движение Луны вокруг Земли, приливы и отливы и т. д.), вызваны одной причиной. Ньютон предположил, что существует единый закон всемирного тяготения, которому подвластны все тела во Вселенной — от яблок до планет.
Электрическое поле
Электрическое поле существует вокруг заряженного тела и поле одного заряда действует на поле другого заряда с некоторой силой и эту силу называют электрической силой. Именно этим можно объяснить взаимодействие двух заряженных тел: либо притяжение, либо отталкивание. Заряженные тела взаимодействуют и в безвоздушном пространстве. Электрическое поле можно обнаружить с помощью электрометра.
Электрическое поле можно изобразить графически с помощью силовых линий электрического поля, которые имеют направление:
Взаимодействие двух заряженных тел:
Магнитное поле
Вокруг любого магнита существует магнитное поле. Магнитные явления известны людям с глубокой древности. Ещё древние греки знали, что существует особый минерал – камень из Магнесии (область в древнегреческой Фессалии), способный притягивать небольшие железные предметы.
В 12 веке в Европе стал известен компас как прибор, с помощью которого можно определить направление частей света, он нашел применение в морских путешествиях для определения курса корабля в открытом море.
Магнитное поле можно обнаружить и исследовать с помощью железных опилок, магнитной стрелки. Магнит имеет два полюса: северный и южный, одноимённые полюсы отталкиваются, разноимённые – притягиваются.
Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга. Одним из действий электрического тока является его магнитное действие, которое наблюдается всегда, когда по проводнику течет электрический ток. Магнитное поле существует вокруг движущихся электрических зарядов, поэтому ток можно рассматривать как источник магнитного поля.
Полезные ссылки
Свойства агрегатных состояний вещества. Четвёртое состояние вещества. Видеоуроки физики. Выпуск 10. http://radostmoya.ru/project/akademiya_zanimatelnyh_nauk_fizika/video/?watch=tri_sostoyaniya_veschestva_chast_2
Глоссарий
Тепловая энергия – одна из форм энергии, связанная с движением атомов, молекул или других частиц, из которых состоит тело.
Термометр - прибор для измерения температуры воздуха, почвы, воды и так далее. Существует несколько видов термометров: жидкостные; механические; электронные; оптические; газовые; инфракрасные.
Двигатель внутреннего сгорания — двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно в рабочей камере (внутри) двигателя. ДВС преобразует тепловую энергию от сгорания топлива в механическую работу.
Коэффициент полезного действия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии.
Библиография
- Что такое электричество? Информация об электрическом токе http://www.13min.ru/nauka/chto-takoe-elektrichestvo-informaciya-o-elektricheskom-toke/
- Как рассказать ребенку про электричество http://mir-tema.ru/igry-i-razvitie/vospitanie/17480-kak-rasskazat-rebenku-pro-elektricestvo
- Что такое молния? Что такое гром? http://allforchildren.ru/why/whatis59.php
- Проводники и диэлектрики http://class-fizika.narod.ru/8_21.htm
- Разница между полупроводниками и металлами https://thedifference.ru/chem-poluprovodniki-otlichayutsya-ot-metallov/
- Электрический ток в средах. http://nika-fizika.narod.ru/68_0.htm
- Электрический ток в различных средах. http://moykonspekt.ru/fizika/elektricheskij-tok-v-razlichnyx-sredax/
- Рассказ об электричестве детям http://detskiychas.ru/rasskazy/rasskaz_electrichestvo_detyam/
1. Шкала Цельсия
2. Что такое шкала Фаренгейта?
3. Интересные факты о двигателях внутреннего сгорания. А знаете ли вы, что:
- КПД в первых конструкциях паровой машины Уатта достигал всего 2,8%.
- во время такта рабочий ход при сгорании рабочей смеси давление газов составляет 5-7 МПа, а температура 1500-2200°С.
- в современных машинах коленчатый вал может совершать от 3000 до 8000 оборотов в минуту.
- кроме двигателя внутреннего сгорания, который работает по четырехтактной схеме, есть и двухтактные двигатели, но они не нашли широкого применения.
- генераторный газ - газ, полученный превращением твердого топлива в газообразное. В качестве твердого топлива используются: уголь, торф, древесина.
- немецкий изобретатель Отто, построил в 1878 г. первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. КПД такого двигателя достигал 22%, что превосходило значения, полученные при использовании двигателей всех предшествующих типов.
http://www.fresher.ru/2017/08/23/10-xitrostej-dlya-ekonomii-benzina/comment-page-1/
1. Как перевести градусы цельсия в фаренгейты
2. Полезные советы:
Если не хотите долго ждать охлаждения напитков в холодильнике, то просто оберните бутылку влажной салфеткой или полотенцем, и уберите в морозильник.
- За горячее железо не хватайся. Затем кузнец клещи кует, чтоб рук не ожечь. (теплопроводность)
- Наша изба неравного тепла. На печи тепло, на полу холодно. (конвекция)
- Красное солнышко на белом свете черную землю греет. (излучение)
- Демонстрация горения свечи, которую частично накрывают стеклянным цилиндром без дна (внизу оставляют свободное пространство) и прекращение горения свечи при полном опускании стеклянного цилиндра.
- На столе два стакана с горячей водой, один стоит на льду, а на крышке другого лежит лед. Можно наблюдать, в каком стакане вода остынет быстрее (конвекция в жидкостях). И чтобы кипяток быстрее остыл, мы ложечкой размешиваем (вынужденная конвекция)
- Маленький тепловой двигатель https://ok.ru/prohitech/topic/67755059475885
- В Копенгагене здание школы облицевали солнечными коллекторами - это обеспечило половину требуемой энергии https://ok.ru/prohitech/topic/67755607160237
- Переносная водная турбина https://ok.ru/prohitech/topic/67733833938349
- Переохлаждённая вода. https://ok.ru/prohitech/topic/67731765622189
7. Физика города: 23 простых способа экономии энергии в быту https://www.m24.ru/articles/ehlektroehnergiya/28052015/74772
Про теплоту начнем рассказ
Всё вспомним, обобщим сейчас
Энергия работа до кипения.
Чтоб лени наблюдалось испарение
Мозги не доведём мы до плавления,
Их тренируем до изнеможения.
В учении проявляем мы старание,
Идей научных видя обоняние!
Задачу мы любую одолеем,
И другу подсобить всегда сумеем.
Историю науки изучаем
И Ломоносова великим почитаем,
И проявляем мы себя в труде
Как двигатель с высоким КПД!
Но как же жизнь бывает непроста
С той дамой, что зовётся Теплота!
