6. Объект и предмет изучения молекулярной физики. Из коллекции www.eduspb.com Молекулярная физика Статистическая физика Статистическая термодинамика Физическая кинетика Физика Твердого тела Физика жидкостей и газов
7.
8.
9. СТАТИСТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА ИЗУЧАЕМЫЕ ОБЪЕКТЫ МАКРОСИСТЕМА Система, состоящая из большого числа частиц типичные явления Броуновское движение Диффузия Изопроцессы Из коллекции www.eduspb.com
На слайде воспроизведено трехмерное изображение поверхности кремния, полученное с использованием атомного силового микроскопа.
Из поэмы Тита Лукреция Кара «О природе вещей», ч.1 Первоначала вещей, таким образом, просты и плотны, Стиснуты будучи крепко, сцепленьем частей наименьших, Но не являясь притом скопленьем отдельных частичек, А отличаясь скорей вековечной своей простотою. И ничего ни отторгнуть у них, ни уменьшить природа Не допускает уже, семена для вещей сберегая. Если не будет, затем ничего наименьшего, будет Из бесконечных частей состоять и мельчайшее тело: У половины всегда найдется своя половина, И для деленья нигде не окажется вовсе предела. Чем отличишь ты тогда наименьшую вещь от вселенной? Ровно, поверь мне, ничем. Потому что, хотя никакого Нет у вселенной конца, но ведь даже мельчайшие вещи Из бесконечных частей состоять одинаково будут. Здравый, однако же, смысл отрицает, что этому верить Может наш ум, и тебе остается признать неизбежно Существованье того, что совсем неделимо, являясь По существу наименьшим. А если оно существует, Должно признать, что тела изначальные плотны и вечны. Если бы все, наконец, природа, творящая вещи, На наименьшие части дробиться опять заставляла, Снова она никогда ничего возрождать не могла бы. Ведь у того, что в себе никаких уж частей не содержит, Нет совсем ничего, что материи производящей Необходимо иметь: сочетаний различных и веса, Всяких движений, толчков, из чего созидаются вещи.
Необходимо четко разграничить понятия атома и молекулы. Например, чистые металлы не имеют молекулярной структуры: нельзя говорить о «молекуле алюминия», только об атоме (и т.д.) Атом обладает химическими свойствами элемента, а молекула – свойствами вещества.
Вопросы к слайду: найти модели молекул простых и сложных веществ; как связаны подобные модели и химическая символика; каковы границы применимости данных моделей.
Слайд иллюстрирует неизменность молекул при переходе от одного агрегатного состояния к другому.
Значение атомно-молекулярной теории Если в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались бы уничтоженными, и грядущим поколениям живых существ перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, составленной из наименьшего количества слов, принесло бы наибольшую информацию? Я считаю, что это - атомная гипотеза: Все тела состоят из атомов - маленьких телец, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно из них плотнее прижать к другому. В этой фразе... содержится невероятное количество информации о мире, стоит лишь приложить к ней немного воображения и чуть соображения. Р. Фейнман. Лекции по физике, т.1, стр. 23
Белое – электронные плотности. Линиями показаны 4 атома, образующие кристаллическую ячейку. Можно проследить образование общих электронных пар.
Необходимо продемонстрировать опыт по смешиванию воды и спирта. (Оборудование: бюретка с хорошо видимыми отметками, мензурки с 50 мл воды и 50 мл спирта).
Обязательные демонстрации: диффузия в газах, жидкостях, твердых телах. Зависимость скорости диффузии от температуры. Вопросы для обсуждения модели: причины диффузии, объяснение зависимости скорости диффузии от агрегатного состояния и температуры, возможные способы ускорения и замедления диффузии.
Броуновские частицы движутся под влиянием беспорядочных ударов молекул. Из-за хаотического теплового движения молекул эти удары никогда не уравновешивают друг друга. Необходимо четко показать учащимся, что тепловое движение молекул вещества и броуновское движение это различные явления. Из поэмы Тита Лукреция Кара «О природе вещей», ч.2 Дабы ты лучше постиг, что тела основные ** мятутся В вечном движеньи всегда, припомни, что дна никакого Нет у вселенной нигде, и телам изначальным остаться Негде на месте, раз нет ни конца ни предела пространству, Если безмерно оно и простерто во всех направленьях, Как я подробно уже доказал на основе разумной. Раз установлено так, то телам изначальным, конечно, Вовсе покоя нигде не дано в пустоте необъятной. Наоборот: непрерывно гонимые разным движеньем, Частью далеко они отлетают, столкнувшись друг с другом, Частью ж расходятся врозь на короткие лишь расстоянья. Те, у которых тесней их взаимная сплоченность, мало И на ничтожные лишь расстояния прядая порознь, сложностью самых фигур своих спутаны будучи цепко, Мощные корни камней и тела образуют железа Стойкого, так же, как все остальное подобного рода, прочие, в малом числе в пустоте необъятной витая, прядают прочь далеко и далеко назад отбегают На промежуток большой. Из них составляется редкий Воздух, и солнечный свет они нам доставляют блестящий. Множество, кроме того, в пустоте необъятной витает Тех, что отброшены прочь от вещей сочетаний и снова Не были в силах еще сочетаться с другими в движеньи. Образ того, что сейчас описано мной, и явленье Это пред нами всегда и на наших глазах происходит. Вот посмотри: всякий раз, когда солнечный свет проникает В наши жилища и мрак прорезает своими лучами, Множество маленьких тел в пустоте, ты увидишь, мелькая, Мечутся взад и вперед в лучистом сиянии света; Будто бы в вечной борьбе они бьются в сраженьях и битвах В схватки бросаются вдруг по отрядам, не зная покоя, Или сходясь, или врозь беспрерывно опять разлетаясь. Можешь из этого ты уяснить себе, как неустанно Первоначала вещей в пустоте необъятной мятутся. Так о великих вещах помогают составить понятье Малые вещи, пути намечая для их постиженья.
Демонстрации (по выбору учителя): Механическая модель броуновского движения; Модель из комплекта оборудования КТМ (пластиковые шарики в электрическом поле); Самодельная модель: кусочки керамического магнита помешаются в тонкий стеклянный стакан, закрытый прозрачной пленкой, и вставляются в дроссельную катушку, подключенную к РНШ. Последние две модели позволяют продемонстрировать зависимость от температуры с помощью изменения напряжения. Желательно показать реальное броуновское движение с помощью микроскопа.
Компьютерная модель демонстрирует хаотическое движение броуновской частицы в идеальном двумерном газе. Через равные промежутки времени компьютер определяет координату броуновской частицы и вычисляет квадрат ее смещения из положения равновесия, усредненный по всем предшествующим отсчетам. Через каждые 100 шагов компьютер автоматически переключается на следующую частицу. То же происходит при нажатии кнопки «Сброс».
Демонстрации: Опыт со свинцовыми цилиндрами Опыт с двумя стеклами, смоченными водой
При некотором расстоянии r = r 0 сила взаимодействия обращается в нуль. Это расстояние условно можно принять за диаметр молекулы. Потенциальная энергия взаимодействия при r = r 0 минимальна. Чтобы удалить друг от друга две молекулы, находящиеся на расстоянии r 0 , нужно сообщить им дополнительную энергию W 0. Величина W 0 называется глубиной потенциальной ямы или энергией связи .
Слайд, позволяющий подвести итоги темы и перейти к количественным оценкам изучаемых явлений.