Keadaan jirim agregat. Cara peralihan negeri dibuat

Keadaan jirim agregat

bahan- set hayat sebenar zarah yang saling berkaitan oleh ikatan kimia dan dalam keadaan tertentu dalam salah satu keadaan pengagregatan. Mana-mana bahan terdiri daripada himpunan bilangan zarah yang sangat besar: atom, molekul, ion, yang boleh bergabung antara satu sama lain menjadi bersekutu, juga dipanggil agregat atau kelompok. Bergantung pada suhu dan kelakuan zarah dalam bersekutu (susunan bersama zarah, bilangan dan interaksinya dalam bersekutu, serta taburan bersekutu dalam ruang dan interaksinya antara satu sama lain), bahan boleh berada dalam dua keadaan utama. pengagregatan - kristal (pepejal) atau gas, dan dalam keadaan peralihan pengagregatan - amorfus (pepejal), hablur cecair, cecair dan wap. Keadaan pengagregatan pepejal, cecair-kristal dan cecair terpeluwap, dan wap dan gas dilepaskan dengan kuat.

fasa- ini ialah satu set wilayah mikro homogen, dicirikan oleh keteraturan dan kepekatan zarah yang sama dan disertakan dalam isipadu makroskopik bahan yang dibatasi oleh antara muka. Dalam pemahaman ini, fasa adalah ciri hanya untuk bahan yang berada dalam keadaan kristal dan gas, kerana mereka adalah keadaan agregat homogen.

metafasa- ini ialah satu set kawasan mikro heterogen yang berbeza antara satu sama lain dalam tahap susunan zarah atau kepekatannya dan disertakan dalam isipadu makroskopik bahan yang dibatasi oleh antara muka. Dalam pemahaman ini, metafasa adalah ciri hanya untuk bahan yang berada dalam keadaan peralihan pengagregatan yang tidak homogen. Fasa dan metafasa yang berbeza boleh bercampur antara satu sama lain, membentuk satu keadaan pengagregatan, dan kemudian tiada antara muka di antara mereka.

Biasanya tidak memisahkan konsep keadaan pengagregatan "asas" dan "peralihan". Konsep "keadaan agregat", "fasa" dan "mesophase" sering digunakan sebagai sinonim. Adalah dinasihatkan untuk mempertimbangkan lima keadaan agregat yang mungkin untuk keadaan bahan: pepejal, cecair hablur, cecair, wap, gas. Peralihan satu fasa ke fasa lain dipanggil peralihan fasa tertib pertama dan kedua. Peralihan fasa jenis pertama dicirikan oleh:

Perubahan mendadak dalam magnitud fizikal yang menggambarkan keadaan jirim (isipadu, ketumpatan, kelikatan, dll.);

Suhu tertentu di mana peralihan fasa tertentu berlaku

Haba tertentu yang mencirikan peralihan ini, kerana memutuskan ikatan antara molekul.

Peralihan fasa jenis pertama diperhatikan semasa peralihan dari satu keadaan pengagregatan ke keadaan pengagregatan yang lain. Peralihan fasa jenis kedua diperhatikan apabila susunan zarah dalam satu keadaan pengagregatan berubah, dan dicirikan oleh:

Perubahan beransur-ansur dalam sifat fizikal bahan;

Perubahan dalam susunan zarah bahan di bawah tindakan kecerunan medan luaran atau pada suhu tertentu, dipanggil suhu peralihan fasa;

Haba peralihan fasa tertib kedua adalah sama dengan dan hampir kepada sifar.

Perbezaan utama antara peralihan fasa tertib pertama dan kedua ialah semasa peralihan jenis pertama, pertama sekali, tenaga zarah sistem berubah, dan dalam kes peralihan jenis kedua, susunan zarah sistem.

Peralihan bahan daripada pepejal kepada keadaan cecair dipanggil lebur dan dicirikan oleh takat leburnya. Peralihan bahan daripada cecair kepada keadaan wap dipanggil penyejatan dan dicirikan oleh takat didih. Bagi sesetengah bahan dengan berat molekul yang kecil dan interaksi antara molekul yang lemah, peralihan terus daripada keadaan pepejal kepada keadaan wap adalah mungkin, memintas keadaan cecair. Peralihan sedemikian dipanggil pemejalwapan. Semua proses ini boleh diteruskan ke arah yang bertentangan: maka ia dipanggil pembekuan, pemeluwapan, nyahsublimasi.

Bahan yang tidak terurai semasa pencairan dan pendidihan boleh, bergantung pada suhu dan tekanan, dalam keempat-empat keadaan pengagregatan.

Keadaan pepejal

Pada suhu yang cukup rendah, hampir semua bahan berada dalam keadaan pepejal. Dalam keadaan ini, jarak antara zarah bahan adalah setanding dengan saiz zarah itu sendiri, yang memastikan interaksi kuat mereka dan lebihan tenaga potensi yang ketara berbanding tenaga kinetik. . Ini membawa kepada susunan dalaman dalam susunan zarah. Oleh itu, pepejal dicirikan oleh bentuknya sendiri, kekuatan mekanikal, isipadu malar (ia boleh dikatakan tidak boleh mampat). Bergantung pada tahap susunan zarah, pepejal dibahagikan kepada kristal dan amorf.

Bahan kristal dicirikan oleh kehadiran susunan dalam susunan semua zarah. Fasa pepejal bahan kristal terdiri daripada zarah yang membentuk struktur homogen, dicirikan oleh kebolehulangan ketat sel unit yang sama dalam semua arah. Sel asas hablur mencirikan periodicity tiga dimensi dalam susunan zarah, i.e. kekisi kristalnya. Kekisi kristal dikelaskan mengikut jenis zarah yang membentuk kristal dan sifat daya tarikan di antara mereka.

Banyak bahan kristal, bergantung pada keadaan (suhu, tekanan), boleh mempunyai struktur kristal yang berbeza. Fenomena ini dipanggil polimorfisme. Pengubahsuaian polimorfik karbon yang terkenal: grafit, fullerene, berlian, karabin.

Bahan amorfus (tidak berbentuk). Keadaan ini adalah tipikal untuk polimer. Molekul panjang mudah bengkok dan berjalin dengan molekul lain, yang membawa kepada ketidakteraturan dalam susunan zarah.

Perbezaan antara zarah amorf dan zarah kristal:

isotropi - kesamaan sifat fizikal dan kimia badan atau medium dalam semua arah, i.e. kebebasan hartanah daripada arahan;

tiada takat lebur tetap.

Kaca, kuarza bercantum, dan banyak polimer mempunyai struktur amorf. Bahan amorf adalah kurang stabil daripada bahan kristal, dan oleh itu mana-mana jasad amorfus akhirnya boleh bergerak ke keadaan yang lebih stabil secara bertenaga - keadaan kristal.

keadaan cair

Apabila suhu meningkat, tenaga getaran haba zarah meningkat, dan untuk setiap bahan terdapat suhu, bermula dari mana tenaga getaran haba melebihi tenaga ikatan. Zarah boleh melakukan pelbagai pergerakan, beralih relatif antara satu sama lain. Mereka masih kekal bersentuhan, walaupun struktur geometri zarah yang betul dilanggar - bahan itu wujud dalam keadaan cair. Disebabkan oleh pergerakan zarah, keadaan cecair dicirikan oleh gerakan Brownian, resapan dan kemeruapan zarah. Sifat penting cecair ialah kelikatan, yang mencirikan daya interasosiatif yang menghalang aliran bebas cecair.

Cecair menempati kedudukan pertengahan antara keadaan gas dan pepejal jirim. Struktur yang lebih teratur daripada gas, tetapi kurang daripada pepejal.

Keadaan wap dan gas

Keadaan wap-gas biasanya tidak dibezakan.

Gas - ia adalah sistem homogen yang sangat jarang, terdiri daripada molekul individu yang berjauhan antara satu sama lain, yang boleh dianggap sebagai fasa dinamik tunggal.

Stim - ini adalah sistem tak homogen yang sangat nyahcas, yang merupakan campuran molekul dan sekutu kecil yang tidak stabil yang terdiri daripada molekul ini.

Teori kinetik molekul menerangkan sifat-sifat gas ideal, berdasarkan peruntukan berikut: molekul membuat gerakan rawak berterusan; isipadu molekul gas boleh diabaikan berbanding dengan jarak antara molekul; tiada daya tarikan atau tolakan antara molekul gas; tenaga kinetik purata molekul gas adalah berkadar dengan suhu mutlaknya. Oleh kerana tidak pentingnya daya interaksi antara molekul dan kehadiran isipadu bebas yang besar, gas dicirikan oleh: kadar pergerakan haba dan penyebaran molekul yang tinggi, keinginan molekul untuk menduduki sebanyak mungkin isipadu, serta tinggi. kebolehmampatan.

Sistem fasa gas terpencil dicirikan oleh empat parameter: tekanan, suhu, isipadu, jumlah bahan. Hubungan antara parameter ini diterangkan oleh persamaan keadaan untuk gas ideal:

R = 8.31 kJ/mol ialah pemalar gas sejagat.

negeri agregat. Cecair. Fasa dalam termodinamik. Peralihan fasa.

Kuliah 1.16

Semua bahan boleh wujud dalam tiga keadaan pengagregatan - pepejal, cecair Dan bergas. Peralihan antara mereka disertai dengan perubahan mendadak dalam beberapa sifat fizikal (ketumpatan, kekonduksian terma, dll.).

Keadaan pengagregatan bergantung pada keadaan fizikal di mana bahan itu berada. Kewujudan beberapa keadaan pengagregatan dalam bahan adalah disebabkan oleh perbezaan dalam gerakan haba molekulnya (atom) dan dalam interaksinya dalam keadaan yang berbeza.

Gas- keadaan pengagregatan bahan di mana zarah tidak terikat atau sangat lemah terikat oleh daya interaksi; tenaga kinetik pergerakan haba zarahnya (molekul, atom) dengan ketara melebihi tenaga potensi interaksi antara mereka, jadi zarah bergerak hampir bebas, mengisi sepenuhnya kapal di mana ia berada, dan mengambil bentuknya. Dalam keadaan gas, jirim tidak mempunyai isipadu sendiri mahupun bentuknya sendiri. Mana-mana bahan boleh ditukar kepada keadaan gas dengan menukar tekanan dan suhu.

Cecair- keadaan pengagregatan bahan, perantaraan antara pepejal dan gas. Ia dicirikan oleh pergerakan zarah yang tinggi dan ruang kosong yang kecil di antara mereka. Ini menyebabkan cecair mengekalkan isipadunya dan mengambil bentuk bekas. Dalam cecair, molekul sangat rapat antara satu sama lain. Oleh itu, ketumpatan cecair adalah jauh lebih besar daripada ketumpatan gas (pada tekanan normal). Sifat cecair adalah sama (isotropik) dalam semua arah, kecuali hablur cecair. Apabila dipanaskan atau penurunan ketumpatan, sifat cecair, kekonduksian terma, kelikatan berubah, sebagai peraturan, ke arah penumpuan dengan sifat gas.

Pergerakan terma molekul cecair terdiri daripada gabungan gerakan ayunan kolektif dan lompatan molekul sekali-sekala dari satu kedudukan keseimbangan ke kedudukan yang lain.

Badan pepejal (hablur).- keadaan agregat jirim, dicirikan oleh kestabilan bentuk dan sifat gerakan terma atom. Pergerakan ini ialah getaran atom (atau ion) yang membentuk jasad pepejal. Amplitud getaran biasanya kecil berbanding dengan jarak interatomik.

Sifat cecair.

Molekul bahan dalam keadaan cair terletak hampir berdekatan antara satu sama lain. Tidak seperti jasad kristal pepejal, di mana molekul membentuk struktur tersusun di seluruh isipadu kristal dan boleh melakukan getaran haba di sekitar pusat tetap, molekul cecair mempunyai kebebasan yang lebih besar. Setiap molekul cecair, dan juga dalam badan pepejal, "diapit" pada semua sisi oleh molekul jiran dan melakukan getaran haba di sekitar kedudukan keseimbangan tertentu. Walau bagaimanapun, dari semasa ke semasa mana-mana molekul boleh berpindah ke kekosongan berhampiran. Lompatan sedemikian dalam cecair berlaku agak kerap; oleh itu, molekul tidak terikat pada pusat tertentu, seperti dalam kristal, dan boleh bergerak ke seluruh isipadu cecair. Ini menerangkan kecairan cecair. Disebabkan oleh interaksi yang kuat antara molekul jarak rapat, mereka boleh membentuk kumpulan tertib tempatan (tidak stabil) yang mengandungi beberapa molekul. Fenomena ini dipanggil pesanan jarak dekat.

Oleh kerana pembungkusan padat molekul, kebolehmampatan cecair, iaitu, perubahan dalam isipadu dengan perubahan tekanan, adalah sangat kecil; ia berpuluh-puluh dan ratusan ribu kali lebih rendah daripada gas. Sebagai contoh, untuk menukar isipadu air sebanyak 1%, anda perlu meningkatkan tekanan sebanyak kira-kira 200 kali. Peningkatan tekanan sedemikian berbanding tekanan atmosfera dicapai pada kedalaman kira-kira 2 km.

Cecair, seperti pepejal, menukar isipadunya dengan perubahan suhu. Untuk julat suhu yang tidak terlalu besar, isipadu relatif berubah Δ V / V 0 adalah berkadar dengan perubahan suhu Δ T:

Pekali β dipanggil pekali pengembangan suhu. Pekali untuk cecair ini adalah sepuluh kali lebih besar daripada pepejal. Untuk air, sebagai contoh, pada suhu 20 ° С β dalam ≈ 2 10 -4 K -1, untuk keluli - β st ≈ 3.6 10 -5 K -1, untuk kaca kuarza - β kv ≈ 9 10 - 6 K –1.

Pengembangan haba air mempunyai anomali yang menarik dan penting untuk kehidupan di Bumi. Pada suhu di bawah 4 °C, air mengembang dengan penurunan suhu (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Apabila air membeku, ia mengembang, jadi ais kekal terapung di permukaan badan air yang membeku. Suhu air beku di bawah ais ialah 0°C. Dalam lapisan air yang lebih padat berhampiran bahagian bawah takungan, suhu adalah kira-kira 4 °C. Terima kasih kepada ini, kehidupan boleh wujud di dalam air takungan beku.

Ciri cecair yang paling menarik ialah kehadiran permukaan bebas. Cecair, tidak seperti gas, tidak mengisi keseluruhan isipadu bekas tempat ia dituangkan. Antara muka terbentuk antara cecair dan gas (atau wap), yang berada dalam keadaan istimewa berbanding dengan jisim cecair yang lain. Molekul dalam lapisan sempadan cecair, berbeza dengan molekul dalam kedalamannya, tidak dikelilingi oleh molekul lain cecair yang sama dari semua sisi. Daya interaksi antara molekul yang bertindak pada salah satu molekul di dalam cecair daripada molekul jiran, secara purata, saling mengimbangi. Mana-mana molekul dalam lapisan sempadan tertarik oleh molekul di dalam cecair (daya yang bertindak ke atas molekul tertentu cecair daripada molekul gas (atau wap) boleh diabaikan). Akibatnya, beberapa daya paduan muncul, diarahkan jauh ke dalam cecair. Molekul permukaan ditarik ke dalam cecair oleh daya tarikan antara molekul. Tetapi semua molekul, termasuk lapisan sempadan, mesti berada dalam keadaan keseimbangan. Keseimbangan ini dicapai kerana sedikit penurunan jarak antara molekul lapisan permukaan dan jiran terdekatnya di dalam cecair. Apabila jarak antara molekul berkurangan, daya tolakan timbul. Jika jarak purata antara molekul di dalam cecair ialah r 0 , maka molekul lapisan permukaan dibungkus agak lebih padat, dan oleh itu ia mempunyai rizab tenaga berpotensi tambahan berbanding dengan molekul dalam. Perlu diingat bahawa, disebabkan oleh kebolehmampatan yang sangat rendah, kehadiran lapisan permukaan yang lebih padat tidak membawa kepada sebarang perubahan ketara dalam isipadu cecair. Jika molekul bergerak dari permukaan ke dalam cecair, daya interaksi antara molekul akan melakukan kerja positif. Sebaliknya, untuk menarik beberapa molekul dari kedalaman cecair ke permukaan (iaitu meningkatkan luas permukaan cecair), kuasa luar mesti buat kerja yang baik A luaran, berkadar dengan perubahan Δ S kawasan permukaan:

Pekali σ dipanggil pekali tegangan permukaan (σ > 0). Oleh itu, pekali tegangan permukaan adalah sama dengan kerja yang diperlukan untuk meningkatkan luas permukaan cecair pada suhu malar sebanyak satu unit.

Dalam SI, pekali tegangan permukaan diukur dalam joule per meter persegi (J / m 2) atau dalam newton per meter (1 N / m \u003d 1 J / m 2).

Akibatnya, molekul lapisan permukaan cecair mempunyai lebihan berbanding dengan molekul di dalam cecair. tenaga keupayaan. Tenaga keupayaan E p permukaan cecair adalah berkadar dengan luasnya: (1.16.1)

Dari mekanik diketahui bahawa keadaan keseimbangan sistem sepadan dengan nilai minimum tenaga potensinya. Ia berikutan bahawa permukaan bebas cecair cenderung untuk mengurangkan kawasannya. Atas sebab ini, titisan cecair bebas mengambil bentuk sfera. Bendalir berkelakuan seolah-olah daya bertindak secara tangen pada permukaannya, mengurangkan (mengecut) permukaan ini. Kuasa ini dipanggil daya tegangan permukaan.

Kehadiran daya tegangan permukaan menjadikan permukaan cecair kelihatan seperti filem regangan elastik, dengan satu-satunya perbezaan bahawa daya keanjalan dalam filem bergantung pada luas permukaannya (iaitu, bagaimana filem itu berubah bentuk), dan daya tegangan permukaan lakukan. tidak bergantung kepada cecair kawasan permukaan.

Daya tegangan permukaan cenderung memendekkan permukaan filem. Oleh itu, kita boleh menulis: (1.16.2)

Oleh itu, pekali tegangan permukaan σ boleh ditakrifkan sebagai modulus daya tegangan permukaan yang bertindak per unit panjang garisan yang membatasi permukaan ( l ialah panjang baris ini).

Disebabkan oleh tindakan daya tegangan permukaan dalam titisan cecair dan dalam gelembung sabun, tekanan berlebihan Δ hlm. Jika kita secara mental memotong setitik sfera jejari R menjadi dua bahagian, maka setiap satu daripadanya mestilah berada dalam keseimbangan di bawah tindakan daya tegangan permukaan yang dikenakan pada sempadan potongan dengan panjang 2π R dan daya tekanan lampau yang bertindak pada kawasan π R 2 bahagian (Gamb.1.16.1). Keadaan keseimbangan ditulis sebagai

Berhampiran sempadan antara cecair, pepejal dan gas, bentuk permukaan bebas cecair bergantung kepada daya interaksi antara molekul cecair dan molekul pepejal (interaksi dengan molekul gas (atau wap) boleh diabaikan). Jika daya ini lebih besar daripada daya interaksi antara molekul cecair itu sendiri, maka cecair basah permukaan jasad pepejal. Dalam kes ini, cecair menghampiri permukaan badan pepejal pada beberapa sudut akut θ, yang merupakan ciri pasangan cecair-pepejal yang diberikan. Sudut θ dipanggil sudut sentuhan. Jika daya interaksi antara molekul cecair melebihi daya interaksinya dengan molekul pepejal, maka sudut sesentuh θ ternyata menjadi tumpul (Rajah 1.16.2 (2)). Dalam kes ini, cecair dikatakan tidak basah permukaan jasad pepejal. Jika tidak (sudut - akut) cecair basah permukaan (rajah 1.16.2(1)). Pada basah penuhθ = 0, pada lengkap tidak membasahkanθ = 180°.

fenomena kapilari dipanggil kenaikan atau penurunan cecair dalam tiub diameter kecil - kapilari. Cecair pembasahan naik melalui kapilari, cecair tidak membasahkan turun.

Rajah 1.16.3 menunjukkan sebuah tiub kapilari berjejari tertentu r diturunkan oleh hujung bawah ke dalam cecair pembasahan ketumpatan ρ. Hujung atas kapilari terbuka. Kenaikan cecair dalam kapilari berterusan sehingga daya graviti yang bertindak ke atas ruang cecair dalam kapilari menjadi sama dalam nilai mutlak dengan yang terhasil. F n daya tegangan permukaan yang bertindak di sepanjang sempadan sentuhan cecair dengan permukaan kapilari: F t = F n, di mana F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.

Ini bermakna:

Dengan pembasahan lengkap θ = 0, cos θ = 1. Dalam kes ini

Dengan tidak membasahkan sepenuhnya, θ = 180°, cos θ = –1 dan, oleh itu, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Air hampir membasahi permukaan kaca bersih sepenuhnya. Sebaliknya, merkuri tidak membasahi permukaan kaca sepenuhnya. Oleh itu, paras merkuri dalam kapilari kaca jatuh di bawah paras di dalam vesel.

Pengetahuan yang paling meluas adalah tentang tiga keadaan pengagregatan: cecair, pepejal, gas, kadang-kadang mereka berfikir tentang plasma, lebih jarang cecair kristal. Baru-baru ini, senarai 17 fasa jirim, yang diambil dari () Stephen Fry yang terkenal, telah tersebar di Internet. Oleh itu, kita akan bercakap tentang mereka dengan lebih terperinci, kerana. seseorang harus mengetahui lebih sedikit tentang jirim, jika hanya untuk memahami dengan lebih baik proses yang berlaku di Alam Semesta.

Senarai keadaan agregat jirim yang diberikan di bawah meningkat daripada keadaan paling sejuk kepada paling panas, dan seterusnya. boleh diteruskan. Pada masa yang sama, perlu difahami bahawa dari keadaan gas (No. 11), yang paling "berkembang", di kedua-dua belah senarai, tahap mampatan bahan dan tekanannya (dengan beberapa tempahan untuk yang belum diterokai itu. keadaan hipotetikal sebagai kuantum, sinar, atau simetri lemah) meningkat. Selepas teks graf visual peralihan fasa jirim diberikan.

1. Kuantum- keadaan pengagregatan jirim, dicapai apabila suhu turun kepada sifar mutlak, akibatnya ikatan dalaman hilang dan jirim hancur menjadi kuark bebas.

2. kondensat Bose-Einstein- keadaan agregat jirim, yang berdasarkan boson yang disejukkan kepada suhu yang hampir kepada sifar mutlak (kurang daripada satu persejuta darjah di atas sifar mutlak). Dalam keadaan yang sangat sejuk, bilangan atom yang cukup besar mendapati diri mereka dalam keadaan kuantum minimum yang mungkin, dan kesan kuantum mula nyata pada tahap makroskopik. Kondensat Bose-Einstein (sering dirujuk sebagai "Bose condensate", atau ringkasnya "back") berlaku apabila anda menyejukkan unsur kimia kepada suhu yang sangat rendah (biasanya hanya di atas sifar mutlak, tolak 273 darjah Celsius). , ialah suhu teori pada yang semuanya berhenti bergerak).
Di sinilah perkara pelik mula berlaku. Proses yang biasanya hanya boleh diperhatikan pada peringkat atom kini berlaku pada skala yang cukup besar untuk diperhatikan dengan mata kasar. Sebagai contoh, jika anda meletakkan "belakang" dalam bikar dan memberikan suhu yang dikehendaki, bahan itu akan mula merangkak ke atas dinding dan akhirnya keluar dengan sendirinya.
Nampaknya, di sini kita sedang berhadapan dengan percubaan yang sia-sia oleh jirim untuk menurunkan tenaganya sendiri (yang sudah berada pada tahap paling rendah dari semua tahap yang mungkin).
Memperlahankan atom menggunakan peralatan penyejukan menghasilkan keadaan kuantum tunggal yang dikenali sebagai kondensat Bose, atau Bose-Einstein. Fenomena ini telah diramalkan pada tahun 1925 oleh A. Einstein, sebagai hasil generalisasi kerja S. Bose, di mana mekanik statistik dibina untuk zarah, dari foton tanpa jisim kepada atom dengan jisim (manuskrip Einstein, yang dianggap hilang, ditemui di perpustakaan Universiti Leiden pada tahun 2005). Hasil daripada usaha Bose dan Einstein ialah konsep Bose bagi gas yang mematuhi statistik Bose-Einstein, yang menerangkan taburan statistik zarah yang sama dengan putaran integer, dipanggil boson. Boson, yang merupakan, sebagai contoh, kedua-dua zarah asas individu - foton, dan seluruh atom, boleh berada di antara satu sama lain dalam keadaan kuantum yang sama. Einstein mencadangkan bahawa atom penyejukan - boson kepada suhu yang sangat rendah, akan menyebabkan mereka pergi (atau, dengan kata lain, terpeluwap) ke dalam keadaan kuantum yang paling rendah. Hasil daripada pemeluwapan sedemikian akan menjadi kemunculan bentuk jirim baru.
Peralihan ini berlaku di bawah suhu kritikal, iaitu untuk gas tiga dimensi homogen yang terdiri daripada zarah tidak berinteraksi tanpa sebarang darjah kebebasan dalaman.

3. kondensat fermionik- keadaan pengagregatan bahan, serupa dengan sandaran, tetapi berbeza dalam struktur. Apabila menghampiri sifar mutlak, atom berkelakuan berbeza bergantung pada magnitud momentum sudutnya sendiri (putaran). Boson mempunyai putaran integer, manakala fermion mempunyai putaran yang merupakan gandaan 1/2 (1/2, 3/2, 5/2). Fermion mematuhi prinsip pengecualian Pauli, yang menyatakan bahawa dua fermion tidak boleh mempunyai keadaan kuantum yang sama. Untuk boson, tidak ada larangan sedemikian, dan oleh itu mereka mempunyai peluang untuk wujud dalam satu keadaan kuantum dan dengan itu membentuk kondensat Bose-Einstein yang dipanggil. Proses pembentukan kondensat ini bertanggungjawab untuk peralihan kepada keadaan superkonduktor.
Elektron mempunyai putaran 1/2 dan oleh itu adalah fermion. Mereka bergabung menjadi pasangan (yang dipanggil pasangan Cooper), yang kemudiannya membentuk kondensat Bose.
Para saintis Amerika cuba mendapatkan sejenis molekul daripada atom fermion dengan penyejukan mendalam. Perbezaan daripada molekul sebenar ialah tiada ikatan kimia antara atom - mereka hanya bergerak bersama dalam cara yang berkorelasi. Ikatan antara atom ternyata lebih kuat daripada antara elektron dalam pasangan Cooper. Bagi pasangan fermion yang terbentuk, jumlah putaran bukan lagi gandaan 1/2, oleh itu, mereka sudah berkelakuan seperti boson dan boleh membentuk kondensat Bose dengan keadaan kuantum tunggal. Semasa eksperimen, gas kalium-40 atom telah disejukkan kepada 300 nanokelvin, manakala gas itu telah dimasukkan ke dalam perangkap optik yang dipanggil. Kemudian medan magnet luaran digunakan, dengan bantuan yang mungkin untuk mengubah sifat interaksi antara atom - bukannya penolakan yang kuat, tarikan yang kuat mula diperhatikan. Apabila menganalisis pengaruh medan magnet, adalah mungkin untuk mencari nilai sedemikian di mana atom mula berkelakuan seperti pasangan elektron Cooper. Pada peringkat percubaan seterusnya, saintis mencadangkan untuk mendapatkan kesan superkonduktiviti untuk kondensat fermionik.

4. Bahan cecair super- keadaan di mana bahan itu hampir tidak mempunyai kelikatan, dan apabila mengalir, ia tidak mengalami geseran dengan permukaan pepejal. Akibat daripada ini adalah, sebagai contoh, kesan yang menarik seperti "merayap keluar" spontan helium superfluid dari kapal di sepanjang dindingnya melawan graviti. Sudah tentu, tidak ada pelanggaran undang-undang pemuliharaan tenaga di sini. Dengan ketiadaan daya geseran, hanya daya graviti bertindak ke atas helium, daya interaksi interatomik antara helium dan dinding kapal dan antara atom helium. Jadi, kuasa interaksi antara atom melebihi semua kuasa lain yang digabungkan. Akibatnya, helium cenderung untuk merebak sebanyak mungkin ke atas semua permukaan yang mungkin, dan oleh itu "mengembara" di sepanjang dinding kapal. Pada tahun 1938, saintis Soviet Pyotr Kapitsa membuktikan bahawa helium boleh wujud dalam keadaan cecair super.
Perlu diingat bahawa banyak sifat luar biasa helium telah diketahui sejak sekian lama. Walau bagaimanapun, walaupun dalam beberapa tahun kebelakangan ini unsur kimia ini telah "merosakkan" kita dengan kesan yang menarik dan tidak dijangka. Jadi, pada tahun 2004, Moses Chan dan Eun-Syong Kim dari University of Pennsylvania telah menarik minat dunia saintifik dengan mendakwa bahawa mereka telah berjaya mendapatkan keadaan helium yang benar-benar baru - pepejal superfluid. Dalam keadaan ini, beberapa atom helium dalam kekisi kristal boleh mengalir di sekeliling yang lain, dan helium boleh mengalir melalui dirinya sendiri. Kesan "superhardness" secara teorinya diramalkan pada tahun 1969. Dan pada tahun 2004 - seolah-olah pengesahan percubaan. Walau bagaimanapun, eksperimen kemudian dan sangat ingin tahu menunjukkan bahawa segala-galanya tidak begitu mudah, dan mungkin tafsiran fenomena sedemikian, yang sebelum ini diambil untuk superfluiditi helium pepejal, adalah tidak betul.
Eksperimen saintis yang diketuai oleh Humphrey Maris dari Universiti Brown di Amerika Syarikat adalah mudah dan elegan. Para saintis meletakkan tabung uji terbalik ke dalam tangki tertutup cecair helium. Sebahagian daripada helium dalam tabung uji dan dalam tangki dibekukan sedemikian rupa sehingga sempadan antara cecair dan pepejal di dalam tabung uji lebih tinggi daripada di dalam tangki. Dalam erti kata lain, terdapat helium cecair di bahagian atas tabung uji, dan helium pepejal di bahagian bawah; ia lancar memasuki fasa pepejal tangki, di mana sedikit helium cecair dituangkan - lebih rendah daripada paras cecair dalam tabung uji. Jika helium cecair mula meresap melalui pepejal, maka perbezaan tahap akan berkurangan, dan kemudian kita boleh bercakap tentang helium cecair super pepejal. Dan pada dasarnya, dalam tiga daripada 13 eksperimen, perbezaan tahap telah berkurangan.

5. Perkara superhard- keadaan terkumpul di mana jirim telus dan boleh "mengalir" seperti cecair, tetapi sebenarnya ia tidak mempunyai kelikatan. Cecair sedemikian telah diketahui selama bertahun-tahun dan dipanggil cecair super. Hakikatnya ialah jika cecair super dikacau, ia akan beredar hampir selama-lamanya, manakala cecair biasa akhirnya akan tenang. Dua cecair super pertama dicipta oleh penyelidik menggunakan helium-4 dan helium-3. Mereka disejukkan hampir kepada sifar mutlak - hingga tolak 273 darjah Celsius. Dan dari helium-4, saintis Amerika berjaya mendapatkan badan superhard. Mereka memampatkan helium beku dengan tekanan lebih daripada 60 kali, dan kemudian kaca yang diisi dengan bahan itu dipasang pada cakera berputar. Pada suhu 0.175 darjah Celsius, cakera tiba-tiba mula berputar lebih bebas, yang, menurut saintis, menunjukkan bahawa helium telah menjadi superbody.

6. Pejal- keadaan pengagregatan jirim, dicirikan oleh kestabilan bentuk dan sifat gerakan terma atom, yang membuat getaran kecil di sekitar kedudukan keseimbangan. Keadaan pepejal yang stabil ialah hablur. Pepejal dibezakan dengan ikatan ionik, kovalen, logam, dan lain-lain jenis ikatan antara atom, yang menentukan kepelbagaian sifat fizikalnya. Sifat elektrik dan beberapa sifat pepejal lain terutamanya ditentukan oleh sifat pergerakan elektron luar atomnya. Mengikut sifat elektriknya, pepejal dibahagikan kepada dielektrik, semikonduktor, dan logam; mengikut sifat magnetnya, ia dibahagikan kepada diamagnet, paramagnet, dan badan dengan struktur magnet yang teratur. Penyiasatan tentang sifat pepejal telah bersatu menjadi satu bidang besar—fizik keadaan pepejal, yang perkembangannya sedang dirangsang oleh keperluan teknologi.

7. pepejal amorfus- keadaan terkondensasi pengagregatan bahan, dicirikan oleh isotropi sifat fizikal akibat susunan atom dan molekul yang tidak teratur. Dalam pepejal amorfus, atom bergetar di sekeliling titik yang terletak secara rawak. Tidak seperti keadaan kristal, peralihan daripada pepejal amorf kepada cecair berlaku secara beransur-ansur. Pelbagai bahan berada dalam keadaan amorf: gelas, resin, plastik, dll.

8. Kristal cecair- ini adalah keadaan pengagregatan khusus bahan di mana ia secara serentak mempamerkan sifat kristal dan cecair. Kita mesti segera membuat tempahan bahawa tidak semua bahan boleh berada dalam keadaan kristal cecair. Walau bagaimanapun, beberapa bahan organik dengan molekul kompleks boleh membentuk keadaan pengagregatan tertentu - kristal cecair. Keadaan ini dijalankan semasa mencairkan kristal bahan tertentu. Apabila mereka cair, fasa cecair-hablur terbentuk, yang berbeza daripada cecair biasa. Fasa ini wujud dalam julat dari suhu lebur kristal kepada beberapa suhu yang lebih tinggi, apabila dipanaskan yang mana kristal cecair berubah menjadi cecair biasa.
Bagaimanakah kristal cecair berbeza daripada cecair dan kristal biasa dan bagaimana ia serupa dengannya? Seperti cecair biasa, kristal cecair mempunyai kecairan dan mengambil bentuk bekas di mana ia diletakkan. Dalam hal ini ia berbeza daripada kristal yang diketahui oleh semua. Walau bagaimanapun, walaupun harta ini, yang menyatukannya dengan cecair, ia mempunyai ciri ciri kristal. Ini adalah susunan dalam ruang molekul yang membentuk kristal. Benar, pesanan ini tidak lengkap seperti dalam kristal biasa, tetapi, bagaimanapun, ia memberi kesan ketara kepada sifat kristal cecair, yang membezakannya daripada cecair biasa. Susunan spatial yang tidak lengkap bagi molekul yang membentuk kristal cecair menampakkan dirinya dalam fakta bahawa dalam kristal cecair tidak ada susunan lengkap dalam susunan ruang pusat graviti molekul, walaupun mungkin terdapat susunan separa. Ini bermakna mereka tidak mempunyai kekisi kristal yang tegar. Oleh itu, kristal cecair, seperti cecair biasa, mempunyai sifat kecairan.
Sifat wajib bagi kristal cecair, yang membawanya lebih dekat kepada kristal biasa, ialah kehadiran susunan dalam orientasi ruang molekul. Susunan orientasi sedemikian boleh nyata, sebagai contoh, dalam fakta bahawa semua paksi panjang molekul dalam sampel kristal cecair berorientasikan dengan cara yang sama. Molekul-molekul ini sepatutnya mempunyai bentuk yang memanjang. Sebagai tambahan kepada susunan paksi molekul yang paling mudah dinamakan, susunan orientasi molekul yang lebih kompleks boleh direalisasikan dalam kristal cecair.
Bergantung pada jenis susunan paksi molekul, kristal cecair dibahagikan kepada tiga jenis: nematik, smectic dan kolesterik.
Penyelidikan mengenai fizik kristal cecair dan aplikasinya sedang dijalankan secara meluas di semua negara paling maju di dunia. Penyelidikan domestik tertumpu di institusi penyelidikan akademik dan industri dan mempunyai tradisi yang panjang. Karya V.K. Frederiks kepada V.N. Tsvetkova. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, kajian pesat kristal cecair, penyelidik Rusia juga memberi sumbangan yang besar kepada pembangunan teori kristal cecair secara umum dan, khususnya, optik kristal cecair. Jadi, karya I.G. Chistyakova, A.P. Kapustina, S.A. Brazovsky, S.A. Pikina, L.M. Blinov dan ramai penyelidik Soviet yang lain dikenali secara meluas oleh komuniti saintifik dan berfungsi sebagai asas untuk beberapa aplikasi teknikal yang berkesan bagi kristal cecair.
Kewujudan hablur cecair telah lama wujud iaitu pada tahun 1888 iaitu hampir satu abad yang lalu. Walaupun saintis telah menemui keadaan jirim ini sebelum 1888, ia ditemui secara rasmi kemudian.
Yang pertama menemui kristal cecair ialah ahli botani Austria Reinitzer. Menyiasat bahan baru kolesterol benzoat yang disintesis olehnya, dia mendapati bahawa pada suhu 145 ° C, kristal bahan ini cair, membentuk cecair keruh yang menghamburkan cahaya dengan kuat. Dengan pemanasan berterusan, apabila mencapai suhu 179 ° C, cecair menjadi jelas, iaitu, ia mula bertindak secara optik seperti cecair biasa, seperti air. Kolesteril benzoat menunjukkan sifat yang tidak dijangka dalam fasa keruh. Memeriksa fasa ini di bawah mikroskop polarisasi, Reinitzer mendapati ia mempunyai birefringence. Ini bermakna indeks biasan cahaya, iaitu kelajuan cahaya dalam fasa ini, bergantung kepada polarisasi.

9. Cecair- keadaan pengagregatan bahan, menggabungkan ciri keadaan pepejal (pemuliharaan isipadu, kekuatan tegangan tertentu) dan keadaan gas (kebolehubahan bentuk). Cecair dicirikan oleh susunan jarak pendek dalam susunan zarah (molekul, atom) dan perbezaan kecil dalam tenaga kinetik pergerakan terma molekul dan tenaga potensi interaksinya. Pergerakan terma molekul cecair terdiri daripada ayunan di sekitar kedudukan keseimbangan dan lompatan yang agak jarang dari satu kedudukan keseimbangan ke yang lain, yang dikaitkan dengan kecairan cecair.

10. Cecair superkritikal(GFR) ialah keadaan pengagregatan bahan, di mana perbezaan antara fasa cecair dan gas hilang. Mana-mana bahan pada suhu dan tekanan di atas titik kritikal adalah cecair superkritikal. Sifat bahan dalam keadaan superkritikal adalah perantaraan antara sifatnya dalam fasa gas dan cecair. Oleh itu, SCF mempunyai ketumpatan tinggi, dekat dengan cecair, dan kelikatan rendah, seperti gas. Pekali resapan dalam kes ini mempunyai nilai perantaraan antara cecair dan gas. Bahan dalam keadaan superkritikal boleh digunakan sebagai pengganti pelarut organik dalam proses makmal dan industri. Air superkritikal dan karbon dioksida superkritikal telah menerima minat dan pengedaran yang paling besar berkaitan dengan sifat tertentu.
Salah satu sifat paling penting dalam keadaan superkritikal ialah keupayaan untuk melarutkan bahan. Dengan menukar suhu atau tekanan bendalir, seseorang boleh mengubah sifatnya dalam julat yang luas. Oleh itu, adalah mungkin untuk mendapatkan cecair yang sifatnya hampir sama ada cecair atau gas. Oleh itu, kuasa larut cecair meningkat dengan peningkatan ketumpatan (pada suhu malar). Oleh kerana ketumpatan meningkat dengan peningkatan tekanan, perubahan tekanan boleh menjejaskan kuasa larut cecair (pada suhu malar). Dalam kes suhu, pergantungan sifat bendalir agak rumit - pada ketumpatan malar, kuasa larut cecair juga meningkat, tetapi berhampiran titik kritikal, sedikit peningkatan suhu boleh menyebabkan penurunan ketumpatan yang mendadak, dan, oleh itu, kuasa larut. Cecair superkritikal bercampur antara satu sama lain selama-lamanya, jadi apabila titik kritikal campuran dicapai, sistem akan sentiasa fasa tunggal. Anggaran suhu kritikal bagi campuran binari boleh dikira sebagai min aritmetik bagi parameter kritikal bahan Tc(campuran) = (pecahan mol A) x TcA + (pecahan mol B) x TcB.

11. Bergas- (Gaz Perancis, daripada huru-hara Yunani - huru-hara), keadaan agregat jirim di mana tenaga kinetik pergerakan haba zarahnya (molekul, atom, ion) dengan ketara melebihi tenaga potensi interaksi antara mereka, dan oleh itu zarah bergerak bebas, mengisi seragam tanpa ketiadaan medan luaran, keseluruhan volum yang diberikan kepada mereka.

12. Plasma- (daripada plasma Yunani - dibentuk, berbentuk), keadaan jirim, yang merupakan gas terion, di mana kepekatan cas positif dan negatif adalah sama (quasi-neutrality). Sebahagian besar jirim di Alam Semesta berada dalam keadaan plasma: bintang, nebula galaksi dan medium antara bintang. Berhampiran Bumi, plasma wujud dalam bentuk angin suria, magnetosfera, dan ionosfera. Plasma suhu tinggi (T ~ 106 - 108 K) daripada campuran deuterium dan tritium sedang disiasat dengan tujuan untuk melaksanakan pelakuran termonuklear terkawal. Plasma suhu rendah (T Ј 105K) digunakan dalam pelbagai peranti pelepasan gas (laser gas, peranti ion, penjana MHD, obor plasma, enjin plasma, dll.), serta dalam teknologi (lihat Metalurgi Plasma, penggerudian Plasma, Teknologi plasma).

13. Bahan merosot- ialah peringkat pertengahan antara plasma dan neutronium. Ia diperhatikan dalam kerdil putih dan memainkan peranan penting dalam evolusi bintang. Apabila atom berada di bawah keadaan suhu dan tekanan yang sangat tinggi, mereka kehilangan elektronnya (ia masuk ke dalam gas elektron). Dalam erti kata lain, mereka terion sepenuhnya (plasma). Tekanan gas tersebut (plasma) ditentukan oleh tekanan elektron. Jika ketumpatan sangat tinggi, semua zarah terpaksa mendekati satu sama lain. Elektron boleh berada dalam keadaan dengan tenaga tertentu, dan dua elektron tidak boleh mempunyai tenaga yang sama (melainkan putaran mereka bertentangan). Oleh itu, dalam gas tumpat, semua tahap tenaga yang lebih rendah ternyata diisi dengan elektron. Gas sedemikian dipanggil merosot. Dalam keadaan ini, elektron mempamerkan tekanan elektron yang merosot yang menentang daya graviti.

14. Neutronium— keadaan pengagregatan di mana jirim melepasi tekanan ultratinggi, yang belum dapat dicapai dalam makmal, tetapi wujud di dalam bintang neutron. Semasa peralihan kepada keadaan neutron, elektron bahan berinteraksi dengan proton dan bertukar menjadi neutron. Akibatnya, jirim dalam keadaan neutron terdiri sepenuhnya daripada neutron dan mempunyai ketumpatan urutan nuklear. Suhu bahan dalam kes ini tidak boleh terlalu tinggi (dalam setara tenaga, tidak lebih daripada seratus MeV).
Dengan peningkatan suhu yang kuat (beratus-ratus MeV dan ke atas), dalam keadaan neutron, pelbagai meson mula dilahirkan dan musnah. Dengan peningkatan suhu yang lebih tinggi, penyahkurungan berlaku, dan bahan itu masuk ke dalam keadaan plasma quark-gluon. Ia tidak lagi terdiri daripada hadron, tetapi quark dan gluon yang sentiasa lahir dan hilang.

15. Plasma kuark-gluon(kromoplasma) ialah keadaan agregat jirim dalam fizik bertenaga tinggi dan fizik zarah asas, di mana jirim hadronik berpindah ke keadaan yang serupa dengan keadaan di mana elektron dan ion berada dalam plasma biasa.
Biasanya perkara dalam hadron adalah dalam keadaan yang dipanggil tidak berwarna ("putih"). Iaitu, kuark warna yang berbeza mengimbangi satu sama lain. Keadaan yang serupa wujud dalam jirim biasa - apabila semua atom neutral secara elektrik, iaitu,
caj positif di dalamnya dikompensasikan oleh yang negatif. Pada suhu tinggi, pengionan atom boleh berlaku, manakala caj dipisahkan, dan bahan menjadi, seperti yang mereka katakan, "kuasi-neutral". Iaitu, keseluruhan awan jirim secara keseluruhan kekal neutral, dan zarah individunya tidak lagi neutral. Agaknya, perkara yang sama boleh berlaku dengan bahan hadronik - pada tenaga yang sangat tinggi, warna dibebaskan dan menjadikan bahan itu "kuasi-tidak berwarna".
Mungkin, perkara Alam Semesta berada dalam keadaan plasma quark-gluon pada saat-saat pertama selepas Big Bang. Kini plasma quark-gluon boleh dibentuk untuk masa yang singkat dalam perlanggaran zarah dengan tenaga yang sangat tinggi.
Plasma kuark-gluon diperoleh secara eksperimen di pemecut RHIC di Makmal Kebangsaan Brookhaven pada tahun 2005. Suhu plasma maksimum 4 trilion darjah Celsius diperoleh di sana pada Februari 2010.

16. Bahan pelik- keadaan pengagregatan, di mana jirim dimampatkan kepada nilai ketumpatan had, ia boleh wujud dalam bentuk "sup quark". Satu sentimeter padu bahan di negeri ini akan mempunyai berat berbilion tan; selain itu, ia akan menukar mana-mana bahan biasa yang bersentuhan dengannya kepada bentuk "pelik" yang sama dengan pembebasan sejumlah besar tenaga.
Tenaga yang boleh dibebaskan semasa transformasi bahan teras bintang menjadi "bahan aneh" akan membawa kepada letupan hebat "quark nova" - dan, menurut Leahy dan Wyed, ia adalah tepat. letupan ini yang diperhatikan oleh ahli astronomi pada September 2006.
Proses pembentukan bahan ini bermula dengan supernova biasa, di mana bintang besar berubah. Akibat letupan pertama, bintang neutron terbentuk. Tetapi, menurut Leahy dan Wyed, ia tidak bertahan lama - kerana putarannya seolah-olah diperlahankan oleh medan magnetnya sendiri, ia mula mengecut dengan lebih banyak lagi, dengan pembentukan gumpalan "barangan aneh", yang membawa kepada lebih kuat daripada letupan supernova biasa, pembebasan tenaga - dan lapisan luar bahan bekas bintang neutron, terbang ke ruang sekeliling pada kelajuan yang hampir dengan kelajuan cahaya.

17. Jirim sangat simetri- ini adalah bahan yang dimampatkan sehingga mikrozarah di dalamnya berlapis di atas satu sama lain, dan badan itu sendiri runtuh ke dalam lubang hitam. Istilah "simetri" dijelaskan seperti berikut: Mari kita ambil keadaan agregat jirim yang diketahui oleh semua orang dari bangku sekolah - pepejal, cecair, gas. Untuk kepastian, pertimbangkan kristal tak terhingga yang ideal sebagai pepejal. Ia mempunyai simetri tertentu, yang dipanggil diskret berkenaan dengan terjemahan. Ini bermakna jika kekisi kristal dialihkan dengan jarak yang sama dengan selang antara dua atom, tiada apa yang akan berubah di dalamnya - kristal akan bertepatan dengan dirinya sendiri. Sekiranya kristal cair, maka simetri cecair yang terhasil akan berbeza: ia akan meningkat. Dalam kristal, hanya titik yang berjauhan antara satu sama lain pada jarak tertentu, apa yang dipanggil nod kekisi kristal, di mana atom yang sama terletak, adalah setara.
Cecair adalah homogen sepanjang isipadunya, semua titiknya tidak dapat dibezakan antara satu sama lain. Ini bermakna cecair boleh disesarkan oleh mana-mana jarak sewenang-wenangnya (dan bukan hanya oleh beberapa yang diskret, seperti dalam kristal) atau diputar oleh mana-mana sudut sewenang-wenangnya (yang tidak boleh dilakukan dalam kristal sama sekali) dan ia akan bertepatan dengan dirinya sendiri. Darjah simetrinya lebih tinggi. Gas adalah lebih simetri: cecair menempati isipadu tertentu dalam vesel dan terdapat asimetri di dalam vesel, di mana terdapat cecair, dan titik di mana ia tidak. Gas, sebaliknya, menduduki keseluruhan isipadu yang disediakan kepadanya, dan dalam pengertian ini semua titiknya tidak dapat dibezakan antara satu sama lain. Walau bagaimanapun, di sini adalah lebih tepat untuk bercakap bukan tentang mata, tetapi tentang unsur-unsur kecil, tetapi makroskopik, kerana pada tahap mikroskopik masih terdapat perbezaan. Pada masa tertentu terdapat atom atau molekul, manakala yang lain tidak. Simetri hanya diperhatikan secara purata, sama ada dalam beberapa parameter volum makroskopik, atau dalam masa.
Tetapi masih tiada simetri serta-merta pada tahap mikroskopik. Sekiranya bahan itu dimampatkan dengan sangat kuat, kepada tekanan yang tidak boleh diterima dalam kehidupan seharian, dimampatkan supaya atom dihancurkan, cangkerangnya menembusi satu sama lain, dan nukleus mula bersentuhan, simetri timbul pada tahap mikroskopik. Semua nukleus adalah sama dan ditekan antara satu sama lain, terdapat bukan sahaja interatomik, tetapi juga jarak internuklear, dan bahan menjadi homogen (bahan pelik).
Tetapi terdapat juga tahap submikroskopik. Nukleus terdiri daripada proton dan neutron yang bergerak di dalam nukleus. Terdapat juga sedikit ruang antara mereka. Jika anda terus memampatkan supaya nukleus juga dihancurkan, nukleon akan menekan dengan ketat antara satu sama lain. Kemudian, pada tahap submikroskopik, simetri akan muncul, yang bukan di dalam nukleus biasa.
Daripada apa yang telah dikatakan, seseorang boleh melihat arah aliran yang agak pasti: semakin tinggi suhu dan semakin tinggi tekanan, semakin simetri bahan itu menjadi. Berdasarkan pertimbangan ini, bahan yang dimampatkan kepada maksimum dipanggil simetri kuat.

18. Jirim simetri yang lemah- keadaan bertentangan dengan jirim sangat simetri dalam sifatnya, yang terdapat di Alam Semesta awal pada suhu yang hampir dengan suhu Planck, mungkin 10-12 saat selepas Letupan Besar, apabila daya kuat, lemah dan elektromagnet adalah satu daya besar . Dalam keadaan ini, jirim dimampatkan sehingga jisimnya ditukar menjadi tenaga, yang mula mengembang, iaitu mengembang tanpa had. Masih belum mungkin untuk mencapai tenaga untuk pengeluaran eksperimen kuasa besar dan pemindahan jirim ke fasa ini di bawah keadaan daratan, walaupun percubaan sedemikian dilakukan di Large Hadron Collider untuk mengkaji alam semesta awal. Disebabkan ketiadaan interaksi graviti dalam komposisi kuasa besar yang membentuk bahan ini, daya besar tidak cukup simetri berbanding dengan daya supersimetri, yang mengandungi kesemua 4 jenis interaksi. Oleh itu, keadaan pengagregatan ini menerima nama sedemikian.

19. Bahan sinaran- ini, sebenarnya, bukan lagi bahan, tetapi tenaga dalam bentuk yang paling tulen. Walau bagaimanapun, keadaan hipotesis pengagregatan inilah yang akan diambil oleh jasad yang telah mencapai kelajuan cahaya. Ia juga boleh diperolehi dengan memanaskan badan kepada suhu Planck (1032K), iaitu dengan menyebarkan molekul bahan kepada kelajuan cahaya. Seperti berikut dari teori relativiti, apabila kelajuan mencapai lebih daripada 0.99 s, jisim badan mula berkembang lebih cepat daripada dengan pecutan "biasa", di samping itu, badan memanjang, memanaskan badan, iaitu, ia mula memancar dalam spektrum inframerah. Apabila melintasi ambang 0.999 s, badan berubah secara mendadak dan memulakan peralihan fasa pantas sehingga keadaan rasuk. Seperti berikut dari formula Einstein, diambil sepenuhnya, jisim bahan akhir yang semakin meningkat terdiri daripada jisim yang dipisahkan daripada badan dalam bentuk sinaran haba, sinar-X, optik dan lain-lain, tenaga setiap satunya adalah diterangkan oleh istilah seterusnya dalam formula. Oleh itu, jasad yang menghampiri kelajuan cahaya akan mula memancar dalam semua spektrum, membesar panjang dan perlahan dalam masa, menipis ke panjang Planck, iaitu apabila mencapai kelajuan c, jasad akan berubah menjadi panjang dan nipis yang tidak terhingga. rasuk bergerak pada kelajuan cahaya dan terdiri daripada foton yang tidak mempunyai panjang, dan jisim tak terhingganya akan bertukar sepenuhnya menjadi tenaga. Oleh itu, bahan sedemikian dipanggil radiasi.

Semua jirim boleh wujud dalam satu daripada empat bentuk. Setiap daripada mereka adalah keadaan agregat jirim tertentu. Dalam sifat Bumi, hanya satu yang diwakili dalam tiga daripadanya sekaligus. Ini air. Ia mudah untuk melihat ia sejat, dan cair, dan mengeras. Iaitu wap, air dan ais. Para saintis telah mempelajari cara mengubah keadaan agregat jirim. Kesukaran terbesar bagi mereka hanyalah plasma. Negeri ini memerlukan syarat khas.

Apakah itu, apa yang bergantung padanya dan bagaimana ia dicirikan?

Jika badan telah berpindah ke keadaan agregat jirim yang lain, ini tidak bermakna sesuatu yang lain telah muncul. Bahannya tetap sama. Jika cecair mempunyai molekul air, maka ia akan berada dalam wap dengan ais. Hanya lokasi mereka, kelajuan pergerakan dan daya interaksi antara satu sama lain akan berubah.

Apabila mengkaji topik "Keadaan agregat (Gred 8)", hanya tiga daripadanya dipertimbangkan. Ini adalah cecair, gas dan pepejal. Manifestasi mereka bergantung pada keadaan fizikal persekitaran. Ciri-ciri negeri ini dibentangkan dalam jadual.

Keadaan pertama: pepejal

Perbezaan asasnya daripada yang lain ialah molekul mempunyai tempat yang ditentukan dengan ketat. Apabila bercakap tentang keadaan pengagregatan pepejal, ia paling kerap bermaksud kristal. Di dalamnya, struktur kekisi adalah simetri dan berkala ketat. Oleh itu, ia sentiasa dipelihara, tidak kira sejauh mana tubuh akan merebak. Pergerakan ayunan molekul bahan tidak mencukupi untuk memusnahkan kekisi ini.

Tetapi terdapat juga badan amorf. Mereka tidak mempunyai struktur yang ketat dalam susunan atom. Mereka boleh berada di mana-mana sahaja. Tetapi tempat ini stabil seperti dalam badan kristal. Perbezaan antara bahan amorf dan kristal ialah mereka tidak mempunyai suhu lebur (pemejalan) tertentu dan ia dicirikan oleh kecairan. Contoh nyata bahan tersebut ialah kaca dan plastik.

Keadaan kedua: cecair

Keadaan agregat jirim ini ialah kacukan antara pepejal dan gas. Oleh itu, ia menggabungkan beberapa sifat dari yang pertama dan kedua. Jadi, jarak antara zarah dan interaksi mereka adalah serupa dengan apa yang berlaku dengan kristal. Tetapi inilah lokasi dan pergerakan yang lebih dekat dengan gas. Oleh itu, cecair tidak mengekalkan bentuknya, tetapi merebak ke atas bekas tempat ia dituangkan.

Keadaan ketiga: gas

Untuk sains yang dipanggil "fizik", keadaan pengagregatan dalam bentuk gas tidak berada di tempat terakhir. Lagipun, dia mengkaji dunia di sekelilingnya, dan udara di dalamnya sangat biasa.

Ciri-ciri keadaan ini ialah daya interaksi antara molekul secara praktikal tidak hadir. Ini menjelaskan pergerakan bebas mereka. Disebabkan oleh bahan gas mengisi keseluruhan isipadu yang disediakan kepadanya. Lebih-lebih lagi, semuanya boleh dipindahkan ke negeri ini, anda hanya perlu meningkatkan suhu dengan jumlah yang dikehendaki.

Keadaan keempat: plasma

Keadaan agregat jirim ini ialah gas yang terion sepenuhnya atau sebahagiannya. Ini bermakna bilangan zarah bercas negatif dan positif di dalamnya adalah hampir sama. Keadaan ini berlaku apabila gas dipanaskan. Kemudian terdapat pecutan tajam proses pengionan haba. Ia terletak pada fakta bahawa molekul dibahagikan kepada atom. Yang terakhir kemudian bertukar menjadi ion.

Dalam alam semesta, keadaan sedemikian adalah sangat biasa. Kerana ia mengandungi semua bintang dan medium di antara mereka. Di dalam sempadan permukaan Bumi, ia jarang berlaku. Selain daripada ionosfera dan angin suria, plasma hanya boleh didapati semasa ribut petir. Dalam pancaran kilat, keadaan dicipta di mana gas atmosfera masuk ke keadaan jirim keempat.

Tetapi ini tidak bermakna plasma belum dicipta di makmal. Perkara pertama yang boleh dihasilkan semula ialah pelepasan gas. Plasma kini mengisi lampu pendarfluor dan tanda neon.

Bagaimanakah peralihan antara negeri dijalankan?

Untuk melakukan ini, anda perlu mencipta keadaan tertentu: tekanan malar dan suhu tertentu. Dalam kes ini, perubahan dalam keadaan agregat sesuatu bahan disertai dengan pembebasan atau penyerapan tenaga. Selain itu, peralihan ini tidak berlaku pada kelajuan kilat, tetapi memerlukan masa tertentu. Pada masa ini, keadaan mesti kekal tidak berubah. Peralihan berlaku dengan kewujudan serentak jirim dalam dua bentuk, yang mengekalkan keseimbangan terma.

Tiga keadaan jirim pertama boleh saling berpindah satu sama lain. Terdapat proses langsung dan proses terbalik. Mereka mempunyai nama berikut:

• lebur(daripada pepejal kepada cecair) dan penghabluran, sebagai contoh, pencairan ais dan pemejalan air;
• pengewapan(dari cecair kepada gas) dan pemeluwapan, contohnya ialah penyejatan air dan penghasilannya daripada wap;
• pemejalwapan(daripada pepejal kepada gas) dan nyahsublimasi, sebagai contoh, penyejatan wangian kering untuk yang pertama dan corak sejuk pada kaca untuk yang kedua.

Fizik lebur dan penghabluran

Jika badan pepejal dipanaskan, maka pada suhu tertentu, dipanggil takat lebur bahan tertentu, perubahan dalam keadaan pengagregatan, yang dipanggil lebur, akan bermula. Proses ini berlaku dengan penyerapan tenaga, yang dipanggil jumlah haba dan ditanda dengan huruf Q. Untuk mengiranya, anda perlu tahu haba tentu pelakuran, yang dilambangkan λ . Dan formulanya kelihatan seperti ini:

Q=λ*m, dengan m ialah jisim bahan yang terlibat dalam peleburan.

Sekiranya proses sebaliknya berlaku, iaitu penghabluran cecair, maka keadaan diulang. Satu-satunya perbezaan ialah tenaga dilepaskan, dan tanda tolak muncul dalam formula.

Fizik pengewapan dan pemeluwapan

Dengan pemanasan berterusan bahan, ia secara beransur-ansur akan menghampiri suhu di mana penyejatan intensifnya akan bermula. Proses ini dipanggil pengewapan. Ia sekali lagi dicirikan oleh penyerapan tenaga. Hanya untuk mengiranya, anda perlu tahu haba tentu pengewapan r. Dan formulanya ialah:

Q=r*m.

Proses terbalik atau pemeluwapan berlaku dengan pembebasan jumlah haba yang sama. Oleh itu, tolak muncul dalam formula sekali lagi.

Definisi 1

Keadaan agregat jirim(dari bahasa Latin "aggrego" bermaksud "Saya melampirkan", "Saya mengikat") - ini adalah keadaan bahan yang sama dalam bentuk pepejal, cecair dan gas.

Semasa peralihan dari satu keadaan ke keadaan lain, perubahan mendadak dalam tenaga, entropi, ketumpatan dan sifat jirim yang lain diperhatikan.

Badan pepejal dan cecair

pepejal- Ini adalah badan yang dibezakan oleh keteguhan bentuk dan isipadunya.

Dalam pepejal, jarak antara molekul adalah kecil, dan tenaga potensi molekul boleh dibandingkan dengan tenaga kinetik.

Jasad pepejal terbahagi kepada 2 jenis:

1. kristal;
2. Amorfus.

Hanya jasad hablur berada dalam keadaan keseimbangan termodinamik. Jasad amorfus, sebenarnya, adalah keadaan metastabil, yang serupa dari segi struktur dengan tidak seimbang, secara perlahan-lahan menghablur cecair. Dalam jasad amorf, proses penghabluran yang terlalu perlahan berlaku, proses perubahan beransur-ansur bahan menjadi fasa kristal. Perbezaan antara kristal dan pepejal amorf terletak terutamanya pada anisotropi sifatnya. Sifat-sifat jasad kristal ditentukan bergantung pada arah dalam ruang. Pelbagai proses (contohnya, kekonduksian terma, kekonduksian elektrik, cahaya, bunyi) merambat dalam arah yang berbeza bagi jasad pepejal dengan cara yang berbeza. Tetapi jasad amorfus (contohnya, kaca, resin, plastik) adalah isotropik, seperti cecair. Perbezaan antara badan amorf dan cecair hanya terletak pada fakta bahawa yang terakhir adalah cecair, ubah bentuk ricih statik tidak berlaku di dalamnya.

Badan kristal mempunyai struktur molekul yang betul. Ia disebabkan oleh struktur yang betul bahawa kristal mempunyai sifat anisotropik. Susunan atom kristal yang betul menghasilkan apa yang dipanggil kekisi kristal. Dalam arah yang berbeza, lokasi atom dalam kekisi adalah berbeza, yang membawa kepada anisotropi. Atom (ion atau molekul keseluruhan) dalam kekisi kristal melakukan gerakan berayun rawak berhampiran kedudukan tengah, yang dianggap sebagai nod kekisi kristal. Semakin tinggi suhu, semakin tinggi tenaga ayunan, dan seterusnya amplitud purata ayunan. Bergantung kepada amplitud ayunan, saiz kristal ditentukan. Peningkatan amplitud ayunan membawa kepada peningkatan dalam saiz badan. Oleh itu, pengembangan haba pepejal dijelaskan.

Definisi 3

badan cecair- Ini adalah badan yang mempunyai isipadu tertentu, tetapi tidak mempunyai bentuk anjal.

Bahan dalam keadaan cecair dicirikan oleh interaksi antara molekul yang kuat dan kebolehmampatan yang rendah. Cecair menempati kedudukan pertengahan antara pepejal dan gas. Cecair, seperti gas, mempunyai sifat isotop. Di samping itu, cecair mempunyai sifat kecairan. Di dalamnya, seperti dalam gas, tiada badan tegasan ricih (tegasan ricih). Cecair adalah berat, iaitu, graviti tentu mereka boleh dibandingkan dengan graviti tentu pepejal. Berhampiran suhu penghabluran, kapasiti haba mereka dan sifat terma lain adalah hampir dengan pepejal. Dalam cecair, susunan atom yang betul diperhatikan pada tahap tertentu, tetapi hanya di kawasan kecil. Di sini, atom juga melakukan gerakan berayun di sekeliling nod sel kuasikristalin, tetapi, tidak seperti atom badan pepejal, mereka melompat secara berkala dari satu nod ke nod yang lain. Akibatnya, pergerakan atom akan menjadi sangat kompleks: berayun, tetapi pada masa yang sama, pusat ayunan bergerak di angkasa.

Gas Ini adalah keadaan jirim di mana jarak antara molekul adalah besar.

Daya interaksi antara molekul pada tekanan rendah boleh diabaikan. Zarah gas mengisi keseluruhan isipadu yang disediakan untuk gas. Gas dianggap sebagai wap yang sangat panas lampau atau tidak tepu. Jenis gas khas ialah plasma (gas terion sebahagian atau sepenuhnya di mana ketumpatan cas positif dan negatif adalah hampir sama). Iaitu, plasma ialah gas zarah bercas yang berinteraksi antara satu sama lain menggunakan daya elektrik pada jarak yang jauh, tetapi tidak mempunyai zarah dekat dan jauh.

Seperti yang anda ketahui, bahan boleh bergerak dari satu keadaan pengagregatan ke keadaan yang lain.

Definisi 5

Penyejatan- ini adalah proses mengubah keadaan pengagregatan bahan, di mana molekul terbang keluar dari permukaan badan cecair atau pepejal, tenaga kinetik yang menukarkan tenaga potensi interaksi molekul.

Penyejatan adalah peralihan fasa. Semasa penyejatan, sebahagian daripada cecair atau pepejal ditukar menjadi wap.

Definisi 6

Bahan dalam keadaan gas yang berada dalam keseimbangan dinamik dengan cecair dipanggil tepu feri. Dalam kes ini, perubahan dalam tenaga dalaman badan adalah sama dengan:

∆ U = ± m r (1) ,

di mana m ialah jisim badan, r ialah haba tentu pengewapan (J / k g).

Definisi 7

Pemeluwapan ialah proses terbalik pengewapan.

Perubahan dalam tenaga dalaman dikira dengan formula (1).

Definisi 8

Meleleh- Ini ialah proses menukarkan bahan daripada keadaan pepejal kepada keadaan cecair, proses menukar keadaan pengagregatan sesuatu bahan.

Apabila bahan dipanaskan, tenaga dalamannya meningkat, oleh itu, kelajuan pergerakan terma molekul meningkat. Apabila bahan mencapai takat leburnya, kekisi kristal pepejal akan musnah. Ikatan antara zarah juga dimusnahkan, dan tenaga interaksi antara zarah meningkat. Haba yang dipindahkan ke badan pergi untuk meningkatkan tenaga dalaman badan ini, dan sebahagian daripada tenaga dibelanjakan untuk melakukan kerja untuk mengubah isipadu badan apabila ia cair. Bagi kebanyakan badan kristal, isipadu meningkat apabila cair, tetapi terdapat pengecualian (contohnya, ais, besi tuang). Jasad amorfus tidak mempunyai takat lebur tertentu. Peleburan adalah peralihan fasa, yang dicirikan oleh perubahan mendadak dalam kapasiti haba pada suhu lebur. Takat lebur bergantung kepada bahan dan kekal malar semasa proses. Kemudian perubahan dalam tenaga dalaman badan adalah sama dengan:

∆ U = ± m λ (2) ,

di mana λ ialah haba tentu pelakuran (D f / k g) .

Definisi 9

Penghabluran adalah proses terbalik lebur.

Perubahan dalam tenaga dalaman dikira dengan formula (2) .

Perubahan dalam tenaga dalaman setiap badan sistem semasa pemanasan atau penyejukan dikira dengan formula:

∆ U = m c ∆ T (3) ,

di mana c ialah muatan haba tentu bahan, J hingga g K, △ T ialah perubahan suhu badan.

Definisi 10

Apabila mempertimbangkan perubahan bahan dari satu keadaan pengagregatan kepada yang lain, seseorang tidak boleh melakukannya tanpa apa yang dipanggil persamaan imbangan haba: jumlah haba yang dibebaskan dalam sistem penebat haba adalah sama dengan jumlah haba (jumlah) yang diserap dalam sistem ini.

Q 1 + Q 2 + Q 3 + . . . + Q n = Q " 1 + Q " 2 + Q " 3 + . . . + Q " k .

Pada dasarnya, persamaan imbangan haba ialah undang-undang pemuliharaan tenaga untuk proses pemindahan haba dalam sistem penebat haba.

Contoh 1

Dalam bekas berpenebat haba terdapat air dan ais dengan suhu t i = 0 ° C. Jisim air m υ dan ais m i masing-masing bersamaan dengan 0.5 kg dan 60 g Wap air berjisim m p = 10 g dibiarkan masuk ke dalam air pada suhu t p = 100 ° C. Berapakah suhu air di dalam kapal selepas keseimbangan terma diwujudkan? Dalam kes ini, kapasiti haba kapal tidak perlu diambil kira.

Gambar 1

Penyelesaian

Mari kita tentukan proses mana yang dijalankan dalam sistem, keadaan agregat jirim yang kami perhatikan dan mana yang kami perolehi.

Wap air terpeluwap, mengeluarkan haba.

Tenaga haba dibelanjakan untuk mencairkan ais dan, mungkin, memanaskan air yang ada dan diperoleh daripada ais.

Pertama sekali, mari kita periksa berapa banyak haba yang dibebaskan semasa pemeluwapan jisim stim yang tersedia:

Q p = - r m p ; Q p \u003d 2, 26 10 6 10 - 2 \u003d 2, 26 10 4 (D w),

di sini daripada bahan rujukan kita mempunyai r = 2.26 10 6 J k g - haba tentu pengewapan (ia juga digunakan untuk pemeluwapan).

Untuk mencairkan ais, anda memerlukan jumlah haba berikut:

Q i \u003d λ m i Q i \u003d 6 10 - 2 3, 3 10 5 ≈ 2 10 4 (D w),

di sini, daripada bahan rujukan, kita mempunyai λ = 3, 3 10 5 J k g - haba tentu pencairan ais.

Ternyata wap mengeluarkan lebih banyak haba daripada yang diperlukan, hanya untuk mencairkan ais sedia ada, yang bermaksud bahawa kita menulis persamaan keseimbangan haba seperti berikut:

r m p + c m p (T p - T) = λ m i + c (m υ + m i) (T - T i) .

Haba dibebaskan semasa pemeluwapan wap jisim m p dan penyejukan air yang terbentuk daripada wap dari suhu T p ke T yang dikehendaki. Haba diserap apabila ais berjisim m i cair dan air berjisim m υ + m i dipanaskan dari suhu T i ke T . Nyatakan T - T i = ∆ T untuk perbezaan T p - T yang kita dapat:

T p - T = T p - T i - ∆ T = 100 - ∆ T .

Persamaan imbangan haba akan kelihatan seperti:

r m p + c m p (100 - ∆ T) = λ m i + c (m υ + m i) ∆ T ; c (m υ + m i + m p) ∆ T = r m p + c m p 100 - λ m i ; ∆ T = r m p + c m p 100 - λ m i c m υ + m i + m p .

Mari kita membuat pengiraan, dengan mengambil kira hakikat bahawa kapasiti haba air adalah jadual

c \u003d 4, 2 10 3 J kg K, T p \u003d tp + 273 \u003d 373 K, T i \u003d ti + 273 \u003d 273 K: ∆ T \u003d 2, 26 10 2 6 + 1 , 2 10 3 10 - 2 10 2 - 6 10 - 2 3, 3 10 5 4, 2 10 3 5, 7 10 - 1 ≈ 3 (K),

maka T = 273 + 3 = 276 K

Jawapan: Suhu air di dalam kapal selepas penubuhan keseimbangan terma ialah 276 K.

Contoh 2

Rajah 2 menunjukkan bahagian isoterma, yang sepadan dengan peralihan bahan daripada keadaan hablur kepada keadaan cecair. Apakah yang sepadan dengan bahagian ini pada rajah p, T?

Gambar 2

Jawapan: Seluruh set keadaan yang ditunjukkan pada p , rajah V sebagai segmen garis mendatar pada p , rajah T ditunjukkan oleh satu titik, yang menentukan nilai p dan T , di mana penjelmaan daripada satu keadaan pengagregatan kepada yang lain berlaku.

Jika anda melihat kesilapan dalam teks, sila serlahkannya dan tekan Ctrl+Enter