الفيزياء. الجزيئات. ترتيب الجزيئات في المسافات الغازية والسائلة والصلبة.

1. 
   
   
2. في الحالة الغازية، لا ترتبط الجزيئات ببعضها البعض وتقع على مسافة كبيرة من بعضها البعض. حركة براونية. يمكن ضغط الغاز بسهولة نسبية.
   في السائل، تكون الجزيئات قريبة من بعضها البعض وتهتز معًا. يكاد يكون من المستحيل الضغط.
   في الحالة الصلبة، يتم ترتيب الجزيئات بترتيب صارم (في الشبكات البلورية)، ولا توجد حركة جزيئية. لا يمكن ضغطها.
3. بنية المادة وبدايات الكيمياء:
   http://samlib.ru/a/anemow_e_m/aa0.shtml
   (بدون التسجيل والرسائل النصية القصيرة، بتنسيق نصي مناسب: يمكنك استخدام Ctrl+C)
4. من المستحيل أن نتفق على أن الجزيئات في الحالة الصلبة لا تتحرك.

   حركة الجزيئات في الغازات

   في الغازات، تكون المسافة بين الجزيئات والذرات عادة أكبر بكثير من حجم الجزيئات، وتكون قوى الجذب صغيرة جدًا. ولذلك، فإن الغازات ليس لها شكلها الخاص وحجمها الثابت. يتم ضغط الغازات بسهولة لأن قوى التنافر على مسافات كبيرة تكون صغيرة أيضًا. تميل الغازات إلى التوسع إلى أجل غير مسمى، وملء كامل الحجم المقدم لها. تتحرك جزيئات الغاز بسرعات عالية جدًا، وتتصادم مع بعضها البعض، ويرتد بعضها عن بعض في اتجاهات مختلفة. تؤدي التأثيرات العديدة للجزيئات على جدران الوعاء إلى خلق ضغط الغاز.

   حركة الجزيئات في السوائل

   في السوائل، لا تتأرجح الجزيئات حول موضع التوازن فحسب، بل تقوم أيضًا بالقفز من موضع توازن إلى آخر. تحدث هذه القفزات بشكل دوري. تسمى الفترة الزمنية بين هذه القفزات متوسط ​​\u200b\u200bمدة الحياة المستقرة (أو متوسط ​​\u200b\u200bوقت الاسترخاء) ويشار إليها بالحرف ?. بمعنى آخر، وقت الاسترخاء هو وقت التذبذبات حول موضع توازن محدد. في درجة حرارة الغرفة، هذه المرة يبلغ متوسطها 10-11 ثانية. زمن التذبذب الواحد هو 10-1210-13 ثانية.

   يتناقص وقت الحياة المستقرة مع زيادة درجة الحرارة. المسافة بين جزيئات السائل أصغر من حجم الجزيئات، وتقع الجزيئات بالقرب من بعضها البعض، ويكون التجاذب بين الجزيئات قويًا. ومع ذلك، فإن ترتيب جزيئات السائل ليس مرتبًا بشكل صارم في جميع أنحاء الحجم.

   السوائل، مثل المواد الصلبة، تحتفظ بحجمها، ولكن ليس لها شكلها الخاص. ولذلك، فإنها تأخذ شكل الوعاء الذي توجد فيه. السائل لديه خاصية السيولة. وبفضل هذه الخاصية، لا يقاوم السائل تغير شكله، وينضغط قليلاً، وخواصه الفيزيائية واحدة في جميع الاتجاهات داخل السائل (تناحي السوائل). تم تحديد طبيعة الحركة الجزيئية في السوائل لأول مرة من قبل الفيزيائي السوفييتي ياكوف إيليتش فرنكل (1894-1952).

   حركة الجزيئات في المواد الصلبة

   يتم ترتيب جزيئات وذرات المادة الصلبة بترتيب معين وتشكل شبكة بلورية. وتسمى هذه المواد الصلبة البلورية. تقوم الذرات بحركات اهتزازية حول موضع التوازن، ويكون التجاذب بينها قوياً جداً. ولذلك، فإن المواد الصلبة في الظروف العادية تحتفظ بحجمها ولها شكلها الخاص.

5. في الحالة الغازية - يتحركون بشكل عشوائي، يتم تشغيلهم
   في السائل - تحرك وفقًا لبعضها البعض
   في المواد الصلبة لا تتحرك.

الجزيئات صغيرة جدًا، ولا يمكن رؤية الجزيئات العادية حتى باستخدام أقوى مجهر ضوئي - ولكن يمكن حساب بعض معلمات الجزيئات بدقة تامة (الكتلة)، وبعضها لا يمكن تقديره إلا بشكل تقريبي جدًا (الأبعاد والسرعة)، ويمكن أيضًا حسابها من الجيد أن نفهم ما هو "حجم" الجزيئات" وأي نوع من "سرعة الجزيء" الذي نتحدث عنه. لذلك، يتم العثور على كتلة الجزيء على أنها "كتلة المول الواحد" / "عدد الجزيئات في المول". على سبيل المثال، بالنسبة لجزيء الماء m = 0.018/6·1023 = 3·10-26 كجم (يمكنك الحساب بشكل أكثر دقة - رقم أفوجادرو معروف بدقة جيدة، ومن السهل العثور على الكتلة المولية لأي جزيء).
يبدأ تقدير حجم الجزيء بالسؤال عما يشكل حجمه. لو أنها كانت مكعبًا مصقولًا تمامًا! ومع ذلك، فهو ليس مكعبًا ولا كرة، وبشكل عام ليس له حدود محددة بوضوح. ماذا تفعل في مثل هذه الحالات؟ لنبدأ من بعيد. دعونا نقدر حجم شيء مألوف أكثر - تلميذ. لقد رأينا جميعًا تلاميذ المدارس، لنفترض أن كتلة تلميذ المدرسة المتوسطة تبلغ 60 كجم (ثم سنرى ما إذا كان هذا الاختيار له تأثير كبير على النتيجة)، فإن كثافة تلميذ المدرسة تساوي تقريبًا كثافة الماء (تذكر أنه إذا أخذت نفسا عميقا من الهواء، وبعد ذلك يمكنك "التعليق" في الماء، مغمورا بالكامل تقريبا، وإذا قمت بالزفير، تبدأ على الفور في الغرق). يمكنك الآن العثور على حجم تلميذ المدرسة: V = 60/1000 = 0.06 متر مكعب. متر. إذا افترضنا الآن أن الطالب له شكل المكعب، فإن حجمه يوجد كالجذر التكعيبي للحجم، أي. حوالي 0.4 م، هكذا ظهر الحجم - أقل من الارتفاع (حجم "الارتفاع")، أكثر من السُمك (حجم "العمق"). إذا كنا لا نعرف أي شيء عن شكل جسم تلميذ المدرسة، فلن نجد أي شيء أفضل من هذه الإجابة (بدلاً من المكعب يمكننا أن نأخذ كرة، لكن الإجابة ستكون نفسها تقريبًا، وحساب القطر) الكرة أصعب من حافة المكعب). ولكن إذا كانت لدينا معلومات إضافية (من تحليل الصور، على سبيل المثال)، فيمكن أن تكون الإجابة أكثر منطقية. لنعلم أن "عرض" تلميذ المدرسة أقل بأربع مرات من طوله في المتوسط، و"عمقه" أقل بثلاث مرات. ثم Н*Н/4*Н/12 = V، ومن ثم Н = 1.5 م (ليس هناك فائدة من إجراء حساب أكثر دقة لمثل هذه القيمة غير المحددة بشكل جيد؛ فالاعتماد على قدرات الآلة الحاسبة في مثل هذه "الحسابات" هو أمر غير مقبول ببساطة أمي!). لقد حصلنا على تقدير معقول تمامًا لارتفاع تلميذ المدرسة؛ إذا أخذنا كتلة تبلغ حوالي 100 كجم (وهناك مثل هؤلاء الأطفال!) فسنحصل على حوالي 1.7 - 1.8 م - وهو أمر معقول أيضًا.
دعونا الآن نقدر حجم جزيء الماء. دعونا نكتشف حجم الجزيء الواحد في "الماء السائل" - حيث تكون الجزيئات أكثر كثافة (يتم ضغطها بالقرب من بعضها البعض مما كانت عليه في الحالة الصلبة "الجليدية"). كتلة مول من الماء 18 جم وحجمه 18 مترًا مكعبًا. سم. إذن الحجم لكل جزيء هو V= 18·10-6/6·1023 = 3·10-29 م3. إذا لم تكن لدينا معلومات حول شكل جزيء الماء (أو إذا كنا لا نريد أن نأخذ في الاعتبار الشكل المعقد للجزيئات)، فإن أسهل طريقة هي اعتباره مكعبًا والعثور على الحجم تمامًا كما وجدنا للتو حجم تلميذ المدرسة المكعب: d= (V)1/3 = 3·10-10 م هذا كل شيء! يمكنك تقييم تأثير شكل الجزيئات المعقدة إلى حد ما على نتيجة الحساب، على سبيل المثال، مثل هذا: حساب حجم جزيئات البنزين، وحساب الجزيئات كمكعبات - ثم إجراء تجربة من خلال النظر إلى مساحة البقعة الناتجة عن قطرة بنزين على سطح الماء. وبالنظر إلى أن الفيلم عبارة عن "سطح سائل بسمك جزيء واحد" ومعرفة كتلة القطرة، يمكننا مقارنة الأحجام التي تم الحصول عليها بهاتين الطريقتين. وستكون النتيجة مفيدة للغاية!
الفكرة المستخدمة مناسبة أيضًا لحساب مختلف تمامًا. دعونا نقدر متوسط ​​المسافة بين جزيئات الغاز المتخلخل المجاورة لحالة معينة - النيتروجين عند ضغط 1 ATM ودرجة حرارة 300 كلفن. للقيام بذلك، دعونا نوجد حجم كل جزيء في هذا الغاز، وبعد ذلك سيصبح كل شيء بسيطًا. لذا، فلنأخذ مولًا من النيتروجين في ظل هذه الظروف ونوجد حجم الجزء المشار إليه في الشرط، ثم نقسم هذا الحجم على عدد الجزيئات: V= R·T/P·NA= 8.3·300/105· 6·1023 = 4·10 -26 م3. لنفترض أن الحجم مقسم إلى خلايا مكعبة كثيفة، وأن كل جزيء "في المتوسط" يقع في وسط خليته. ثم متوسط ​​المسافة بين الجزيئات المجاورة (الأقرب) يساوي حافة الخلية المكعبة: d = (V)1/3 = 3·10-9 م ويمكن ملاحظة أن الغاز متخلخل - بمثل هذه العلاقة بين حجم الجزيء والمسافة بين "الجيران"، تشغل الجزيئات نفسها جزءًا صغيرًا إلى حد ما - حوالي 1/1000 جزء - من حجم الوعاء. في هذه الحالة أيضًا، أجرينا الحساب بشكل تقريبي جدًا - فلا فائدة من حساب هذه الكميات غير المحددة تمامًا مثل "المسافة المتوسطة بين الجزيئات المجاورة" بشكل أكثر دقة.

قوانين الغاز وأساسيات تكنولوجيا المعلومات والاتصالات.

إذا كان الغاز مخلخلًا بدرجة كافية (وهذا أمر شائع؛ فغالبًا ما يتعين علينا التعامل مع الغازات المخلخلة)، فسيتم إجراء أي حساب تقريبًا باستخدام صيغة تربط الضغط P والحجم V وكمية الغاز ν ودرجة الحرارة T - هذا هي "حالة المعادلة الشهيرة للغاز المثالي" P·V= ν·R·T. إن كيفية العثور على إحدى هذه الكميات إذا تم تقديم جميع الكميات الأخرى أمر بسيط ومفهوم للغاية. لكن يمكن صياغة المشكلة بحيث يكون السؤال حول كمية أخرى - على سبيل المثال، حول كثافة الغاز. إذن المهمة: إيجاد كثافة النيتروجين عند درجة حرارة 300 كلفن وضغط 0.2 جو. دعونا حلها. إذا حكمنا من خلال الحالة، فإن الغاز مخلخل تمامًا (يمكن اعتبار الهواء المخلخل الذي يتكون من 80٪ من النيتروجين وعند ضغط أعلى بكثير، ونحن نتنفسه بحرية ونمر عبره بسهولة)، وإذا لم يكن الأمر كذلك، فلن يكون لدينا لا يوجد أي صيغ أخرى – نحن نستخدم هذه الصيغة المفضلة. الشرط لا يحدد حجم أي جزء من الغاز، بل سنحدده بأنفسنا. لنأخذ مترًا مكعبًا واحدًا من النيتروجين ونجد كمية الغاز في هذا الحجم. وبمعرفة الكتلة المولية للنيتروجين M = 0.028 كجم/مول، نجد كتلة هذا الجزء - وتم حل المشكلة. كمية الغاز ν= P·V/R·T، الكتلة m = ν·М = М·P·V/R·T، وبالتالي الكثافة ρ= m/V = М·P/R·T = 0.028·20000/ (8.3·300) ≈ 0.2 كجم/م3. لم يتم تضمين الحجم الذي اخترناه في الإجابة؛ لقد اخترناه للتحديد - من الأسهل التفكير بهذه الطريقة، لأنك لا تدرك بالضرورة على الفور أن الحجم يمكن أن يكون أي شيء، ولكن الكثافة ستكون هي نفسها. ومع ذلك، يمكنك معرفة أنه "من خلال أخذ حجم أكبر بخمس مرات، على سبيل المثال، سنزيد كمية الغاز خمس مرات بالضبط، وبالتالي، بغض النظر عن الحجم الذي نأخذه، ستكون الكثافة هي نفسها." يمكنك ببساطة إعادة كتابة الصيغة المفضلة لديك، مع استبدال التعبير الخاص بكمية الغاز من خلال كتلة جزء من الغاز وكتلته المولية: ν = m/M، ثم يتم التعبير عن النسبة m/V = M P/R T على الفور ، وهذه هي الكثافة. كان من الممكن أخذ مول من الغاز وإيجاد الحجم الذي يشغله، وبعد ذلك يتم العثور على كثافته على الفور، لأن كتلة المول معروفة. بشكل عام، كلما كانت المشكلة بسيطة، كانت طرق حلها متساوية وأجمل..
إليك مشكلة أخرى قد يبدو السؤال فيها غير متوقع: أوجد الفرق في ضغط الهواء عند ارتفاع 20 مترًا وعلى ارتفاع 50 مترًا فوق سطح الأرض. درجة الحرارة 00 درجة مئوية، الضغط 1 ATM. الحل: إذا وجدنا كثافة الهواء ρ في ظل هذه الظروف، فإن فرق الضغط ∆P = ρ·g·∆H. نجد الكثافة بنفس الطريقة كما في المشكلة السابقة، والصعوبة الوحيدة هي أن الهواء عبارة عن خليط من الغازات. بافتراض أنه يتكون من 80% نيتروجين و20% أكسجين، نجد كتلة المول من الخليط: m = 0.80.028 + 0.20.032 ≈ 0.029 كجم. الحجم الذي يشغله هذا المول هو V=R·T/P وتم العثور على الكثافة كنسبة بين هاتين الكميتين. إذن كل شيء واضح، الجواب سيكون حوالي 35 باسكال.
يجب أيضًا حساب كثافة الغاز عند العثور، على سبيل المثال، على قوة رفع بالون بحجم معين، عند حساب كمية الهواء في أسطوانات الغوص اللازمة للتنفس تحت الماء لفترة معينة، عند حساب عدد مطلوب من الحمير نقل كمية معينة من بخار الزئبق عبر الصحراء وفي العديد من الحالات الأخرى.
لكن المهمة أكثر تعقيدا: غلاية كهربائية تغلي بشكل صاخب على الطاولة، واستهلاك الطاقة 1000 واط، والكفاءة. السخان 75٪ (الباقي "يذهب" إلى المساحة المحيطة). يطير تيار من البخار من الصنبور - تبلغ مساحة "الصنبور" 1 سم 2. قم بتقدير سرعة الغاز في هذا النفاث. خذ جميع البيانات اللازمة من الجداول.
حل. لنفترض أن البخار المشبع يتشكل فوق الماء في الغلاية، ثم يطير تيار من بخار الماء المشبع من الصنبور عند +1000 درجة مئوية. يبلغ ضغط هذا البخار 1 ATM، ومن السهل العثور على كثافته. بمعرفة الطاقة المستخدمة في التبخر Р= 0.75·Р0 = 750 واط والحرارة النوعية للتبخر (التبخر) r = 2300 كيلوجول/كجم، سنجد كتلة البخار المتكون خلال الزمن τ: m= 0.75Р0·τ/r . نحن نعرف الكثافة، فمن السهل العثور على حجم هذه الكمية من البخار. والباقي واضح بالفعل - تخيل هذا الحجم على شكل عمود بمساحة مقطع عرضي 1 سم 2، طول هذا العمود مقسومًا على τ سيعطينا سرعة المغادرة (هذا الطول يقلع في ثانية ). إذن، سرعة التدفق الخارج من فوهة الغلاية هي V = m/(ρ S τ) = 0.75 P0 τ/(r ρ S τ) = 0.75 P0 R T/(r P M ·S) = 750·8.3· 373/(2.3·106·1·105·0.018·1·10-4) ≈ 5 م/ث.
(ج) زيلبرمان أ.ر.

دعونا نفكر في كيفية تغير إسقاط قوة التفاعل الناتجة بينهما على الخط المستقيم الذي يربط بين مراكز الجزيئات اعتمادًا على المسافة بين الجزيئات. إذا كانت الجزيئات موجودة على مسافات أكبر بعدة مرات من أحجامها، فإن قوى التفاعل بينها ليس لها أي تأثير عملياً. قوى التفاعل بين الجزيئات قصيرة المدى.

على مسافات تتجاوز 2-3 أقطار جزيئية، تكون قوة التنافر صفرًا تقريبًا. فقط قوة الجذب يمكن ملاحظتها. فكلما قلت المسافة زادت قوة الجذب وفي نفس الوقت تبدأ قوة التنافر في التأثير. وتزداد هذه القوة بسرعة كبيرة عندما تبدأ الأغلفة الإلكترونية للجزيئات في التداخل.

ويبين الشكل 2.10 بيانياً اعتماد الإسقاط F ص قوى تفاعل الجزيئات على المسافة بين مراكزها. على مسافة ص 0، يساوي تقريبًا مجموع نصف القطر الجزيئي، F ص = 0 لأن قوة الجذب تساوي قوة التنافر. في ص > ص 0 توجد قوة تجاذب بين الجزيئات. إن إسقاط القوة المؤثرة على الجزيء الأيمن يكون سالبًا. في ص < ص 0 هناك قوة تنافر ذات قيمة إسقاط إيجابية F ص .

أصل القوى المرنة

إن اعتماد قوى التفاعل بين الجزيئات على المسافة بينها يفسر ظهور القوة المرنة أثناء ضغط وتمديد الأجسام. إذا حاولت تقريب الجزيئات إلى مسافة أقل من r0، فستبدأ قوة تمنع الاقتراب. على العكس من ذلك، عندما تبتعد الجزيئات عن بعضها البعض، تعمل قوة جاذبة، مما يعيد الجزيئات إلى مواقعها الأصلية بعد توقف التأثير الخارجي.

مع إزاحة صغيرة للجزيئات من مواقع التوازن، تزداد قوى الجذب أو التنافر خطيًا مع زيادة الإزاحة. وفي منطقة صغيرة، يمكن اعتبار المنحنى قطعة مستقيمة (القسم السميك من المنحنى في الشكل 2.10). ولهذا السبب، عند التشوهات الصغيرة، يكون قانون هوك صالحًا، والذي بموجبه تتناسب القوة المرنة مع التشوه. في حالات الإزاحة الجزيئية الكبيرة، لم يعد قانون هوك صالحًا.

وبما أن المسافات بين جميع الجزيئات تتغير عندما يتشوه الجسم، فإن الطبقات المتجاورة من الجزيئات تمثل جزءًا غير مهم من التشوه الكلي. ولذلك، فإن قانون هوك يكون راضيًا عند حدوث تشوهات أكبر بملايين المرات من حجم الجزيئات.

مجهر القوة الذرية

يعتمد جهاز مجهر القوة الذرية (AFM) على عمل القوى التنافرية بين الذرات والجزيئات على مسافات قصيرة. يتيح لك هذا المجهر، على عكس المجهر النفقي، الحصول على صور للأسطح التي لا يوصلها التيار الكهربائي. بدلاً من رأس التنغستن، يستخدم AFM قطعة صغيرة من الماس، حادة إلى الحجم الذري. تم تثبيت هذه القطعة على حامل معدني رفيع. عندما يقترب الطرف من السطح قيد الدراسة، تبدأ سحب الإلكترونات من ذرات الماس والسطح بالتداخل وتنشأ قوى تنافر. تعمل هذه القوى على انحراف طرف طرف الماس. يتم تسجيل الانحراف باستخدام شعاع الليزر المنعكس من مرآة مثبتة على حامل. يقوم الشعاع المنعكس بتشغيل مناور كهرضغطية، يشبه مناور المجهر النفقي. تضمن آلية التغذية المرتدة أن يكون ارتفاع الإبرة الماسية فوق السطح بحيث يظل ثني لوحة الحامل دون تغيير.

في الشكل 2.11 ترى صورة AFM لسلاسل بوليمر الحمض الأميني ألانين. تمثل كل حديبة جزيء حمض أميني واحد.

في الوقت الحاضر، تم بناء المجاهر الذرية، التي يعتمد تصميمها على عمل قوى الجذب الجزيئية على مسافات أكبر بعدة مرات من حجم الذرة. هذه القوى أقل بحوالي 1000 مرة من القوى الطاردة في AFM. ولذلك، يتم استخدام نظام استشعار أكثر تعقيدًا لتسجيل القوى.

تتكون الذرات والجزيئات من جزيئات مشحونة كهربائيا. بسبب عمل القوى الكهربائية على مسافات قصيرة، تنجذب الجزيئات، ولكنها تبدأ في التنافر عندما تتداخل أغلفة الإلكترونات للذرات.

المسافات بين الجزيئات قابلة للمقارنة مع أحجام الجزيئات (في الظروف العادية).

1. السوائل والأجسام غير المتبلورة والبلورية

   الغازات والسوائل

   الغازات والسوائل والمواد الصلبة البلورية

في الغازات في الظروف العادية، يكون متوسط ​​المسافة بين الجزيئات هو

1. يساوي تقريبا قطر الجزيء

   أصغر من قطر الجزيء

   حوالي 10 أضعاف قطر الجزيء

   يعتمد على درجة حرارة الغاز

من سمات الترتيب الأقل في ترتيب الجزيئات

1. السوائل

   الأجسام البلورية

   أجسام غير متبلورة

إن المسافة بين جزيئات المادة المتجاورة تكون في المتوسط ​​أكبر بعدة مرات من حجم الجزيئات نفسها. هذا البيان يتوافق مع النموذج

1. نماذج هيكل الغاز فقط

   نماذج فقط من بنية الأجسام غير المتبلورة

   نماذج هيكل الغازات والسوائل

   نماذج هيكل الغازات والسوائل والمواد الصلبة

أثناء انتقال الماء من الحالة السائلة إلى الحالة البلورية

1. تزداد المسافة بين الجزيئات

   تبدأ الجزيئات في جذب بعضها البعض

   يزداد الانتظام في ترتيب الجزيئات

   المسافة بين الجزيئات تنخفض

عند الضغط الثابت، زاد تركيز جزيئات الغاز 5 مرات، لكن كتلتها لم تتغير. متوسط ​​الطاقة الحركية للحركة الانتقالية لجزيئات الغاز

1. لم يتغير

   زيادة 5 مرات

   انخفض بنسبة 5 مرات

   زيادة بمقدار جذر خمسة

ويوضح الجدول درجات انصهار وغليان بعض المواد:

مادة	درجة حرارة الغليان	مادة	درجة حرارة الانصهار
		النفثالين

اختر العبارة الصحيحة.

درجة انصهار الزئبق أعلى من درجة غليان الأثير

درجة غليان الكحول أقل من درجة انصهار الزئبق

درجة غليان الكحول أعلى من درجة انصهار النفثالين

درجة غليان الأثير أقل من درجة انصهار النفثالين

انخفضت درجة حرارة المادة الصلبة بمقدار 17 درجة مئوية. على مقياس درجة الحرارة المطلقة، كان هذا التغيير

1) 290 ألف 2) 256 ألف 3) 17 ألف 4) 0 ألف

9. وعاء ذو ​​حجم ثابت يحتوي على غاز مثالي بكمية 2 مول. كيف يجب أن تتغير درجة الحرارة المطلقة لوعاء به غاز عندما ينطلق مول واحد من الغاز من الوعاء بحيث يزيد ضغط الغاز على جدران الوعاء بمقدار مرتين؟

1) الزيادة مرتين 3) الزيادة 4 مرات

2) قلل 2 مرات 4) قلل 4 مرات

10. عند درجة الحرارة T والضغط p، يشغل مول واحد من الغاز المثالي الحجم V. ما هو حجم نفس الغاز، مأخوذًا بكمية 2 مول، عند الضغط 2p ودرجة الحرارة 2T؟

1) 4 فولت 2) 2 فولت 3) فولت 4) 8 فولت

11. درجة حرارة الهيدروجين المأخوذة بكمية 3 mol في وعاء تساوي T. ما درجة حرارة الأكسجين المأخوذة بكمية 3 mol في وعاء له نفس الحجم وعند نفس الضغط؟

1) تي 2) 8 تي 3) 24 تي 4) تي/8

12. يوجد غاز مثالي في وعاء مغلق بواسطة مكبس. يعرض الشكل رسمًا بيانيًا لاعتماد ضغط الغاز على درجة الحرارة مع التغيرات في حالته. ما حالة الغاز التي تقابل أصغر حجم؟

1) أ 2) ب 3) ج 4) د

13. يحتوي وعاء ذو ​​حجم ثابت على غاز مثالي تختلف كتلته. يوضح الشكل عملية تغيير حالة الغاز. عند أي نقطة على الرسم تكون كتلة الغاز أكبر؟

1) أ 2) ب 3) ج 4) د

14. عند نفس درجة الحرارة، يختلف البخار المشبع الموجود في وعاء مغلق عن البخار غير المشبع الموجود في نفس الوعاء

1) الضغط

2) سرعة حركة الجزيئات

3) متوسط ​​طاقة الحركة الفوضوية للجزيئات

4) غياب الغازات الأجنبية

15. ما هي النقطة في الرسم البياني التي تتوافق مع الحد الأقصى لضغط الغاز؟

فمن المستحيل إعطاء إجابة دقيقة

17. بالون حجمه 2500 متر مكعب وكتلة غلافه 400 كجم به فتحة في الأسفل يتم من خلالها تسخين الهواء الموجود في البالون بواسطة موقد. إلى أي درجة حرارة يجب أن يتم تسخين الهواء الموجود في المنطاد حتى ينطلق المنطاد مع حمولة (سلة ورائد طيران) وزنها 200 كجم؟ درجة حرارة الهواء المحيط 7 درجات مئوية وكثافته 1.2 كجم لكل متر مكعب. تعتبر قذيفة الكرة غير قابلة للتمديد.

MCT والديناميكا الحرارية

MCT والديناميكا الحرارية

بالنسبة لهذا القسم، تضمن كل خيار خمس مهام مع الاختيار

الإجابة، منها 4 مستوى أساسي و1 متقدم. بناء على نتائج الامتحانات

تم تعلم عناصر المحتوى التالية:

تطبيق معادلة مندليف-كلابيرون؛

اعتماد ضغط الغاز على تركيز الجزيئات ودرجة الحرارة؛

كمية الحرارة أثناء التدفئة والتبريد (الحساب)؛

ملامح نقل الحرارة.

رطوبة الهواء النسبية (الحساب)؛

العمل في الديناميكا الحرارية (الرسم البياني)؛

تطبيق معادلة الحالة الغازية.

من بين مهام المستوى الأساسي، تسببت الأسئلة التالية في صعوبات:

1) التغير في الطاقة الداخلية في مختلف العمليات المتساوية (على سبيل المثال، مع

زيادة متساوية في الضغط) – اكتمال 50%.

2) الرسوم البيانية Isoprocess – 56%.

مثال 5.

تشارك الكتلة الثابتة للغاز المثالي في العملية الموضحة

على الصورة. يتم تحقيق أعلى ضغط غاز في العملية

1) عند النقطة 1

2) في جميع أنحاء الجزء 1-2

3) عند النقطة 3

4) في جميع أنحاء الجزء 2-3

الجواب: 1

3) تحديد رطوبة الهواء – 50%. تحتوي هذه المهام على صورة

مقياس النفس ، والذي بموجبه كان من الضروري أخذ قراءات جافة ورطبة

موازين الحرارة، ومن ثم تحديد رطوبة الهواء باستخدام الجزء

الجدول النفسي الوارد في المهمة.

4) تطبيق القانون الأول للديناميكا الحرارية. تبين أن هذه المهام هي الأكثر

صعبة بين مهام المستوى الأساسي لهذا القسم – 45%. هنا

وكان من الضروري استخدام الرسم البياني وتحديد نوع العملية المتساوية

(تم استخدام متساوي الحرارة أو متساوي الحرارة) ووفقًا لهذا

تحديد أحد المعلمات بناءً على المعلمة الأخرى.

ومن بين مهام المستوى المتقدم تم عرض المسائل الحسابية

تطبيق معادلة الحالة الغازية والتي أنجزت بنسبة 54% في المتوسط

الطلاب، بالإضافة إلى المهام المستخدمة مسبقًا لتحديد التغييرات

معلمات الغاز المثالي في عملية تعسفية. التعامل معهم بنجاح

فقط مجموعة من الخريجين الأقوياء، وكان متوسط ​​نسبة الإنجاز 45%.

وترد أدناه إحدى هذه المهام.

مثال 6

يوجد غاز مثالي في وعاء مغلق بواسطة مكبس. عملية

تظهر التغيرات في حالة الغاز في الرسم البياني (انظر الشكل). كيف

هل تغير حجم الغاز أثناء انتقاله من الحالة (أ) إلى الحالة (ب)؟

1) زيادة في كل وقت

2) انخفض في كل وقت

3) زاد أولاً ثم نقص

4) نقصت أولا ثم زادت

الجواب: 1

أنواع الأنشطة الكمية

مهام ٪

الصور 2 10-12 25.0-30.0

4. الفيزياء

4.1. خصائص مواد قياس التحكم في الفيزياء

2007

كانت أعمال الامتحان لامتحان الدولة الموحدة لعام 2007

نفس الهيكل كما كان الحال خلال العامين الماضيين. وكانت مكونة من 40 مهمة

تختلف في شكل العرض ومستوى التعقيد. في الجزء الأول من العمل

تم تضمين 30 مهمة متعددة الاختيارات، حيث كانت كل مهمة مصحوبة

أربعة خيارات للإجابة، واحدة منها فقط صحيحة. الجزء الثاني يحتوي على 4

مهام الإجابة القصيرة. وكانت مسائل حسابية، بعد حلها

مما يتطلب إعطاء الإجابة على شكل رقم. الجزء الثالث من الامتحان

العمل - هذه هي 6 مسائل حسابية، والتي كان من الضروري إحضارها كاملة

حل مفصل. كان الوقت الإجمالي لإكمال العمل 210 دقيقة.

مُقنن عناصر المحتوى التعليمي ومواصفاته

تم تجميع أوراق الامتحانات على أساس الحد الأدنى الإلزامي

1999 رقم 56) وأخذت في الاعتبار المكون الفيدرالي لمعيار الولاية

التعليم الثانوي (الكامل) في الفيزياء، المستوى المتخصص (وسام منطقة موسكو بتاريخ 5

مارس 2004 العدد 1089). لم يتغير مرمز عنصر المحتوى وفقًا لـ

مقارنة بعام 2006 وتضمنت فقط تلك العناصر التي كانت في وقت واحد

موجود في المكون الفيدرالي لمعيار الولاية

(مستوى الملف الشخصي، 2004)، وفي الحد الأدنى الإلزامي للمحتوى

التعليم 1999

مقارنة بمواد قياس التحكم لعام 2006 في المتغيرات

في امتحان الدولة الموحدة لعام 2007، تم إجراء تغييرين. وكان أولها إعادة التوزيع

المهام في الجزء الأول من العمل على أساس موضوعي. بغض النظر عن الصعوبة

(المستويات الأساسية أو المتقدمة)، تتبع جميع مهام الميكانيكا أولاً، ثم

في MCT والديناميكا الحرارية، والديناميكا الكهربائية، وأخيرا، فيزياء الكم. ثانية

التغيير يتعلق بالإدخال المستهدف لاختبار المهام

تكوين المهارات المنهجية. في عام 2007، اختبرت مهام A30 المهارات

تحليل نتائج الدراسات التجريبية، معبرا عنها في النموذج

الجداول أو الرسومات، وكذلك إنشاء الرسوم البيانية بناء على نتائج التجربة. اختيار

تم تنفيذ التخصيصات للخط A30 بناءً على الحاجة إلى التحقق في هذا الشأن

سلسلة من الخيارات لنوع واحد من النشاط، وبالتالي بغض النظر عن ذلك

الانتماء الموضوعي لمهمة محددة.

وتضمنت ورقة الامتحان مهام الأساسية والمتقدمة

ومستويات عالية من الصعوبة. تم اختبار إتقان مهام المستوى الأساسي أكثر من غيرها

مفاهيم وقوانين فيزيائية مهمة. تم التحكم في المهام ذات المستوى الأعلى

القدرة على استخدام هذه المفاهيم والقوانين لتحليل العمليات أو العمليات الأكثر تعقيدًا

القدرة على حل المشكلات التي تنطوي على تطبيق قانون أو قانونين (صيغة) وفقًا لأي منها

موضوعات دورة الفيزياء المدرسية. يتم حساب المهام ذات المستوى العالي من التعقيد

المهام التي تعكس مستوى متطلبات امتحانات القبول في الجامعات و

تتطلب تطبيق المعرفة من قسمين أو ثلاثة أقسام من الفيزياء في وقت واحد في تعديل أو

الوضع الجديد.

تضمن KIM لعام 2007 مهامًا تتعلق بجميع المحتويات الأساسية

أقسام مقرر الفيزياء:

1) "الميكانيكا" (الكينماتيكا، الديناميكية، الاستاتيكا، قوانين الحفظ في الميكانيكا،

الاهتزازات والموجات الميكانيكية)؛

2) "الفيزياء الجزيئية. الديناميكا الحرارية"؛

3) "الديناميكا الكهربائية" (الكهروستاتيكية، التيار المباشر، المجال المغناطيسي،

الحث الكهرومغناطيسي، التذبذبات والموجات الكهرومغناطيسية، البصريات)؛

4) "فيزياء الكم" (عناصر STR، ازدواجية الموجة والجسيم، الفيزياء

الذرة، فيزياء النواة الذرية).

يوضح الجدول 4.1 توزيع المهام عبر كتل المحتوى في كل منها

من أجزاء ورقة الامتحان.

الجدول 4.1

حسب نوع المهام

كل العمل

(مع الاختيار

(مع مختصر

المهام٪ الكمية

المهام٪ الكمية

مهام ٪

1 ميكانيكا 11-131 27.5-32.5 9-10 22.5-25.0 1 2.5 1-2 2.5-5.0

2 MCT والديناميكا الحرارية 8-10 20.0-25.0 6-7 15.0-17.5 1 2.5 1-2 2.5-5.0

3 الديناميكا الكهربائية 12-14 30.0-35.5 9-10 22.5-15.0 2 5.0 2-3 5.0-7.5

4 فيزياء الكم و

ستو 6-8 15.0-20.0 5-6 12.5-15.0 – – 1-2 2.5-5.0

يوضح الجدول 4.2 توزيع المهام عبر كتل المحتوى في

اعتمادا على مستوى الصعوبة.

طاولة4.2

توزيع المهام حسب أقسام مقرر الفيزياء

اعتمادا على مستوى الصعوبة

كل العمل

مستوى أساسي من

(مع الاختيار

مرتفعة

(مع اختيار الإجابة

و قصير

مستوى عال

(مع الموسعة

قسم الإجابة)

المهام٪ الكمية

المهام٪ الكمية

المهام٪ الكمية

مهام ٪

1 ميكانيكا 11-13 27.5-32.5 7-8 17.5-20.0 3 7.5 1-2 2.5-5.0

2 MCT والديناميكا الحرارية 8-10 20.0-25.0 5-6 12.5-15.0 2 5.0 1-2 2.5-5.0

3 الديناميكا الكهربائية 12-14 30.0-35.5 7-8 17.5-20.0 4 10.0 2-3 5.0-7.5

4 فيزياء الكم و

ستو 6-8 15.0-20.0 4-5 10.0-12.5 1 2.5 1-2 2.5-5.0

عند تطوير محتوى ورقة الامتحان أخذنا بعين الاعتبار

الحاجة إلى اختبار إتقان أنواع مختلفة من الأنشطة. حيث

تم اختيار المهام لكل سلسلة من الخيارات مع مراعاة التوزيع حسب النوع

الأنشطة المعروضة في الجدول 4.3.

1 يرجع التغيير في عدد المهام لكل موضوع إلى اختلاف موضوعات المهام المعقدة C6 و

المهام A30، اختبار المهارات المنهجية باستخدام مواد من مختلف فروع الفيزياء، في

سلسلة مختلفة من الخيارات.

طاولة4.3

توزيع المهام حسب نوع النشاط

أنواع الأنشطة الكمية

مهام ٪

1 فهم المعنى المادي للنماذج والمفاهيم والكميات 4-5 10.0-12.5

2 شرح الظواهر الفيزيائية، والتمييز بين تأثيرها المختلفة

العوامل على حدوث الظواهر، مظاهر الظواهر في الطبيعة أو

استخدامها في الأجهزة التقنية والحياة اليومية

3 تطبيق قوانين الفيزياء (الصيغ) لتحليل العمليات عليها

مستوى الجودة 6-8 15.0-20.0

4 تطبيق قوانين الفيزياء (الصيغ) لتحليل العمليات

المستوى المحسوب 10-12 25.0-30.0

5 تحليل نتائج الدراسات التجريبية 1-2 2.5-5.0

6 تحليل المعلومات التي تم الحصول عليها من الرسوم البيانية والجداول والرسوم البيانية،

الصور 2 10-12 25.0-30.0

7 حل المسائل بمستويات مختلفة من التعقيد 13-14 32.5-35.0

تم تقييم جميع مهام الجزأين الأول والثاني من أعمال الامتحان عند 1

النتيجة الابتدائية. تم فحص حلول مسائل الجزء الثالث (C1-C6) من قبل اثنين من الخبراء

وفقاً لمعايير التقييم العامة مع مراعاة صحتها و

اكتمال الجواب. الحد الأقصى للدرجات لجميع المهام مع إجابة مفصلة كان 3

نقاط. تعتبر المشكلة محلولة إذا سجل الطالب نقطتين على الأقل لها.

بناءً على النقاط الممنوحة لإكمال جميع مهام الاختبار

العمل، تمت ترجمته إلى نقاط "اختبار" على مقياس مكون من 100 نقطة وإلى درجات

على مقياس من خمس نقاط. يوضح الجدول 4.4 العلاقات بين الابتدائي،

درجات الاختبار باستخدام نظام من خمس نقاط على مدى السنوات الثلاث الماضية.

طاولة4.4

نسبة النتيجة الابتدائية, نتائج الاختبارات والدرجات المدرسية

السنوات، النقاط 2 3 4 5

2007 الابتدائية 0-11 12-22 23-35 36-52

اختبار 0-32 33-51 52-68 69-100

2006 الابتدائية 0-9 10-19 20-33 34-52

اختبار 0-34 35-51 52-69 70-100

2005 الابتدائية 0-10 11-20 21-35 36-52

اختبار 0-33 34-50 51-67 68-100

وتبين مقارنة حدود الدرجات الأولية أن الظروف هذا العام

وكان الحصول على العلامات المناسبة أكثر صرامة مقارنة بعام 2006، ولكن

يتوافق تقريبًا مع الظروف في عام 2005. وكان هذا بسبب حقيقة أنه كان في الماضي

في العام الماضي، تم اجتياز الامتحان الموحد في الفيزياء ليس فقط لأولئك الذين كانوا يخططون لدخول الجامعات

في الملف التعريفي ذي الصلة، ولكن أيضًا ما يقرب من 20% من الطلاب (من إجمالي عدد المتقدمين للاختبار)،

الذين درسوا الفيزياء في المستوى الأساسي (بالنسبة لهم تم تحديد هذا الامتحان

المنطقة إلزامية).

تم إعداد 40 خيارًا للامتحان في عام 2007،

والتي كانت عبارة عن خمس سلاسل من 8 خيارات، تم إنشاؤها وفقًا لخطط مختلفة.

اختلفت سلسلة الخيارات في عناصر وأنواع المحتوى الخاضع للرقابة

أنشطة لنفس خط المهام، ولكن بشكل عام كان لديهم جميعًا تقريبًا

2- ونقصد في هذه الحالة شكل المعلومات المقدمة في نص المهمة أو المشتتات،

ولذلك، يمكن للمهمة نفسها اختبار نوعين من الأنشطة.

نفس متوسط ​​مستوى الصعوبة ويتوافق مع خطة الامتحان

العمل الوارد في الملحق 4.1.

4.2. خصائص امتحان الدولة الموحدة للمشاركين في الفيزياء2007 من السنة

بلغ عدد المشاركين في امتحان الدولة الموحدة في الفيزياء هذا العام 70052 شخصا

أقل بكثير مما كانت عليه في العام السابق ومتوافقة تقريبًا مع المؤشرات

2005 (انظر الجدول 4.5). عدد المناطق التي أدى فيها الخريجون امتحان الدولة الموحدة

الفيزياء ارتفع إلى 65. عدد الخريجين الذين اختاروا الفيزياء بالشكل

يختلف امتحان الدولة الموحدة بشكل كبير باختلاف المناطق: من 5316 شخصًا. في الجمهورية

تتارستان يصل إلى 51 شخصًا في منطقة نينيتس ذاتية الحكم. كنسبة مئوية

إلى إجمالي عدد الخريجين، يتراوح عدد المشاركين في امتحان الدولة الموحد في الفيزياء من

0.34% في موسكو إلى 19.1% في منطقة سمارة.

طاولة4.5

عدد المشاركين في الامتحان

رقم السنة بنات بنين

المناطق

المشاركون عدد % عدد %

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

يتم اختيار امتحان الفيزياء في الغالب من قبل الشباب، وربعهم فقط

من إجمالي عدد المشاركين هم من الفتيات اللاتي اختارن الاستمرار

جامعات التعليم ذات الملف المادي والفني.

يظل توزيع المشاركين في الامتحان حسب الفئة دون تغيير تقريبًا من سنة إلى أخرى.

أنواع المستوطنات (انظر الجدول 4.6). ما يقرب من نصف الخريجين الذين أخذوا

امتحان الدولة الموحد في الفيزياء، يعيش في المدن الكبيرة و20٪ فقط من الطلاب الذين أكملوا الامتحان

المدارس الريفية.

طاولة4.6

توزيع المشاركين في الامتحان حسب نوع التسوية, بحيث

تقع مؤسساتهم التعليمية

عدد الممتحنين النسبة المئوية

نوع منطقة الممتحنين

مستوطنة ريفية (قرية،

قرية، مزرعة، الخ.) 13,767 18,107 14,281 20.0 20.0 20.4

الاستيطان الحضري

(قرية عاملة، قرية حضرية

النوع، الخ.)

4 780 8 325 4 805 6,9 9,2 6,9

مدينة يقل عدد سكانها عن 50 ألف نسمة 7,427 10,810 7,965 10.8 12.0 11.4

مدينة يبلغ عدد سكانها 50-100 ألف نسمة 6,063 8,757 7,088 8.8 9.7 10.1

مدينة يبلغ عدد سكانها 100-450 ألف نسمة 16,195 17,673 14,630 23.5 19.5 20.9

مدينة يبلغ عدد سكانها 450-680 ألف نسمة 7,679 11,799 7,210 11.1 13.1 10.3

مدينة يبلغ عدد سكانها أكثر من 680 ألف نسمة.

أشخاص 13,005 14,283 13,807 18.9 15.8 19.7

سانت بطرسبرغ – 72 7 – 0.1 0.01

موسكو – 224259 – 0.2 0.3

لا توجد بيانات – 339 – – 0.4 –

المجموع 68,916 90,389 70,052 100% 100% 100%

3 في عام 2006، في إحدى المناطق، أجريت امتحانات القبول في جامعات الفيزياء فقط

نموذج امتحان الدولة الموحد. أدى ذلك إلى زيادة كبيرة في عدد المشاركين في امتحان الدولة الموحدة.

يبقى تكوين المشاركين في الامتحان حسب نوع التعليم دون تغيير تقريبًا.

المؤسسات (انظر الجدول 4.7). كما في العام الماضي، فإن الغالبية العظمى

من الذين تم اختبارهم تخرجوا من مؤسسات التعليم العام، وحوالي 2% فقط

جاء الخريجون إلى الامتحان من المؤسسات التعليمية الابتدائية أو

التعليم المهني الثانوي.

طاولة4.7

توزيع المشاركين في الامتحان حسب نوع المؤسسة التعليمية

رقم

الممتحنين

نسبه مئويه

نوع المؤسسة التعليمية للممتحنين

2006 ز. 2007 ز. 2006 ز. 2007 ز.

مؤسسات التعليم العام 86,331 66,849 95.5 95.4

التعليم العام المسائي (المناوبة).

المؤسسات 487 369 0.5 0.5

مدرسة داخلية للتعليم العام,

مدرسة كاديت، مدرسة داخلية مع

التدريب الأولي على الطيران

1 144 1 369 1,3 2,0

المؤسسات التعليمية الابتدائية و

التعليم المهني الثانوي 1,469 1,333 1.7 1.9

لا توجد بيانات 958 132 1.0 0.2

المجموع: 90,389 70,052 100% 100%

4.3. النتائج الرئيسية لورقة الامتحان في الفيزياء

بشكل عام، كانت نتائج أعمال الفحص في عام 2007

أعلى قليلا من نتائج العام الماضي، ولكن تقريبا على نفس المستوى

أرقام من العام قبل الماضي. ويبين الجدول 4.8 نتائج امتحان الدولة الموحدة في الفيزياء لعام 2007.

على مقياس من خمس نقاط، وفي الجدول 4.9 والشكل. 4.1 - بناءً على درجات الاختبار 100-

مقياس النقطة. ولتوضيح المقارنة، تم عرض النتائج بالمقارنة مع

العامين السابقين.

طاولة4.8

توزيع المشاركين في الامتحان حسب المستوى

تحضير(النسبة المئوية من المجموع)

السنوات "2" علامات "p3o" 5 نقاط "b4n" على مقياس "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%

طاولة4.9

توزيع المشاركين في الامتحان

بناءً على درجات الاختبار التي تم الحصول عليها في2005-2007 yy.

الفاصل الزمني لدرجات اختبار السنة

تبادل 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

نتيجة اختبار

نسبة الطلاب الذين حصلوا على

درجة الاختبار المقابلة

أرز. 4.1 توزيع المشاركين في الامتحان حسب درجات الاختبار المتلقاة

يوضح الجدول 4.10 مقارنة المقياس في نقاط الاختبار من أصل 100

مقياس مع نتائج استكمال مهام امتحان النسخة في المرحلة الابتدائية

طاولة4.10

مقارنة الفواصل الزمنية لدرجات المرحلة الابتدائية والاختبارات في2007 سنة

الفاصل الزمني للقياس

نقاط الاختبار 0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100

الفاصل الزمني للقياس

النقاط الأولية 0-3 4-6 7-10 11-15 16-22 23-29 30-37 38-44 45-48 49-52

للحصول على 35 نقطة (النتيجة 3، النتيجة الابتدائية – 13) للمتقدم للاختبار

كان يكفي الإجابة بشكل صحيح على أبسط 13 سؤالًا في الجزء الأول

عمل. ليسجل 65 نقطة (النتيجة 4، النتيجة الأولية – 34)، يجب على الخريج

كان، على سبيل المثال، يجيب بشكل صحيح على 25 سؤالاً متعدد الاختيارات، ويحل ثلاثة من أصل أربعة

مشاكل مع إجابة قصيرة، وأيضا التعامل مع مشكلتين رفيعة المستوى

الصعوبات. أولئك الذين حصلوا على 85 نقطة (النتيجة 5، النتيجة الابتدائية - 46)

قام بأداء الجزأين الأول والثاني من العمل بشكل مثالي وحل أربع مشاكل على الأقل

الجزء الثالث.

الأفضل على الإطلاق (يتراوح من 91 إلى 100 نقطة) لا يحتاج فقط

التنقل بحرية في جميع قضايا دورة الفيزياء المدرسية، ولكن أيضًا عمليًا

تجنب حتى الأخطاء الفنية. لذلك، للحصول على 94 نقطة (النتيجة الأولية

– 49) كان من الممكن “عدم الحصول” على 3 نقاط أساسية فقط، مما يسمح، على سبيل المثال،

الأخطاء الحسابية عند حل إحدى المشكلات ذات المستوى العالي من التعقيد

وارتكب خطأً في الإجابة على أي سؤالين متعددي الاختيارات.

ولسوء الحظ، هذا العام لم تكن هناك زيادة في عدد الخريجين الذين اكتسبوا

وفقا لنتائج امتحان الدولة الموحدة في الفيزياء، على أعلى درجة ممكنة. في الجدول 4.11

تم تحديد عدد 100 نقطة خلال السنوات الأربع الماضية.

طاولة4.11

عدد المتقدمين للاختبار, الذي سجل وفقا لنتائج الامتحان100 نقاط

سنة 2004 2005 2006 2007

عدد الطلاب 6 23 33 28

قادة هذا العام هم 27 فتى وفتاة واحدة فقط (رومانوفا إيه آي من

مدرسة نوفوفورونيج الثانوية رقم 1). كما في العام الماضي، من بين خريجي المدرسة الثانوية رقم 153

أوفا - طالبان حصلا على 100 نقطة في وقت واحد. نفس النتائج (اثنان 100-

صالة للألعاب الرياضية رقم 4 سميت باسمها مثل. بوشكين في يوشكار علا.

المواد الصلبة هي تلك المواد القادرة على تكوين الأجسام ولها حجم. وهي تختلف عن السوائل والغازات في شكلها. تحتفظ المواد الصلبة بشكل جسمها لأن جزيئاتها غير قادرة على الحركة بحرية. وهي تختلف في كثافتها واللدونة والتوصيل الكهربائي واللون. لديهم أيضا خصائص أخرى. على سبيل المثال، تذوب معظم هذه المواد أثناء التسخين، وتكتسب حالة تجميع سائلة. البعض منهم، عند تسخينه، يتحول على الفور إلى غاز (تسامى). ولكن هناك أيضًا تلك التي تتحلل إلى مواد أخرى.

أنواع المواد الصلبة

وتنقسم جميع المواد الصلبة إلى مجموعتين.

1. غير متبلور، حيث يتم ترتيب الجزيئات الفردية بشكل عشوائي. بمعنى آخر: ليس لديهم بنية واضحة (محددة). هذه المواد الصلبة قادرة على الذوبان ضمن نطاق درجة حرارة معينة. وأكثرها شيوعا تشمل الزجاج والراتنج.
2. البلوري، والذي بدوره ينقسم إلى 4 أنواع: ذري، جزيئي، أيوني، معدني. فيها، توجد الجزيئات فقط وفقًا لنمط معين، أي عند عقد الشبكة البلورية. يمكن أن تختلف هندستها في المواد المختلفة بشكل كبير.

تهيمن المواد البلورية الصلبة على المواد غير المتبلورة في أعدادها.

أنواع المواد الصلبة البلورية

في الحالة الصلبة، تحتوي جميع المواد تقريبًا على بنية بلورية. وتتميز بشبكاتها في عقدها التي تحتوي على جزيئات وعناصر كيميائية مختلفة. ووفقًا لهم حصلوا على أسمائهم. كل نوع له خصائص مميزة:

• في الشبكة البلورية الذرية، ترتبط جزيئات المادة الصلبة بروابط تساهمية. ويتميز بمتانته. ونتيجة لهذا، فإن هذه المواد لديها نقطة غليان عالية. ويشمل هذا النوع الكوارتز والماس.
• في الشبكة البلورية الجزيئية، تتميز الروابط بين الجزيئات بضعفها. وتتميز المواد من هذا النوع بسهولة الغليان والذوبان. تتميز بالتقلب، مما يجعلها لها رائحة معينة. وتشمل هذه المواد الصلبة الثلج والسكر. وتتميز حركات الجزيئات في المواد الصلبة من هذا النوع بنشاطها.
• تتناوب الجسيمات المقابلة، المشحونة إيجابيا وسلبيا، في العقد. يتم تجميعها معًا عن طريق الجذب الكهروستاتيكي. يوجد هذا النوع من الشبكات في القلويات والأملاح، والعديد من المواد من هذا النوع قابلة للذوبان في الماء بسهولة. بسبب الرابطة القوية إلى حد ما بين الأيونات، فهي مقاومة للحرارة. جميعها تقريبًا عديمة الرائحة، لأنها تتميز بعدم التطاير. المواد ذات الشبكة الأيونية غير قادرة على توصيل التيار الكهربائي لأنها لا تحتوي على إلكترونات حرة. ومن الأمثلة النموذجية للمواد الصلبة الأيونية ملح الطعام. هذه الشبكة البلورية تمنحها هشاشة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن أي تحول فيه يمكن أن يؤدي إلى ظهور قوى تنافر للأيونات.
• في الشبكة البلورية المعدنية، توجد فقط الأيونات الكيميائية الموجبة الشحنة في العقد. يوجد بينهما إلكترونات حرة تمر من خلالها الطاقة الحرارية والكهربائية بشكل مثالي. ولهذا السبب تتميز أي معادن بخاصية مثل الموصلية.

مفاهيم عامة عن المواد الصلبة

المواد الصلبة والمواد هي نفس الشيء عمليا. تشير هذه المصطلحات إلى إحدى حالات التجميع الأربع. المواد الصلبة لها شكل ثابت ونمط من الحركة الحرارية للذرات. علاوة على ذلك، فإن الأخير يؤدي تذبذبات صغيرة بالقرب من مواقع التوازن. فرع العلم الذي يدرس التركيب والبنية الداخلية يسمى فيزياء الحالة الصلبة. هناك مجالات مهمة أخرى للمعرفة تتناول مثل هذه المواد. يسمى تغيير الشكل تحت التأثيرات والحركة الخارجية بميكانيكية الجسم المشوه.

نظرًا للخصائص المختلفة للمواد الصلبة، فقد وجدت تطبيقًا في الأجهزة التقنية المختلفة التي صنعها الإنسان. في أغلب الأحيان، كان استخدامها يعتمد على خصائص مثل الصلابة والحجم والكتلة والمرونة واللدونة والهشاشة. يتيح العلم الحديث استخدام صفات أخرى للمواد الصلبة التي لا يمكن اكتشافها إلا في الظروف المختبرية.

ما هي البلورات

البلورات عبارة عن مواد صلبة تحتوي على جزيئات مرتبة بترتيب معين. لكل منها هيكلها الخاص. وتشكل ذراتها ترتيبًا دوريًا ثلاثي الأبعاد يسمى الشبكة البلورية. المواد الصلبة لها تماثلات هيكلية مختلفة. تعتبر الحالة البلورية للمادة الصلبة مستقرة لأنها تحتوي على الحد الأدنى من الطاقة الكامنة.

تتكون الغالبية العظمى من المواد الصلبة من عدد كبير من الحبوب الفردية الموجهة بشكل عشوائي (البلورات). وتسمى هذه المواد متعدد البلورات. وتشمل هذه السبائك والمعادن التقنية، فضلا عن العديد من الصخور. تسمى البلورات الطبيعية أو الاصطناعية المفردة أحادية البلورية.

في أغلب الأحيان، يتم تشكيل هذه المواد الصلبة من حالة الطور السائل، ممثلة بالذوبان أو المحلول. في بعض الأحيان يتم الحصول عليها من الحالة الغازية. هذه العملية تسمى التبلور. بفضل التقدم العلمي والتكنولوجي، وصلت إجراءات زراعة (توليف) المواد المختلفة إلى مستوى صناعي. معظم البلورات لها شكل طبيعي وتختلف أحجامها بشكل كبير. وبالتالي، يمكن أن يصل وزن الكوارتز الطبيعي (الكريستال الصخري) إلى مئات الكيلوجرامات، والماس - حتى عدة جرامات.

في المواد الصلبة غير المتبلورة، تكون الذرات في حالة اهتزاز مستمر حول نقاط تقع بشكل عشوائي. إنهم يحتفظون بنظام معين قصير المدى، لكنهم يفتقرون إلى النظام طويل المدى. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن جزيئاتها تقع على مسافة يمكن مقارنتها بحجمها. المثال الأكثر شيوعًا لمثل هذه المواد الصلبة في حياتنا هو الحالة الزجاجية. غالبًا ما يُنظر إليه على أنه سائل ذو لزوجة عالية بلا حدود. أحيانًا يكون وقت تبلورها طويلًا جدًا بحيث لا يظهر على الإطلاق.

إن الخصائص المذكورة أعلاه لهذه المواد هي التي تجعلها فريدة من نوعها. تعتبر المواد الصلبة غير المتبلورة غير مستقرة لأنها يمكن أن تصبح بلورية مع مرور الوقت.

الجزيئات والذرات التي تشكل المادة الصلبة تكون معبأة بكثافة عالية. إنها تحتفظ عمليا بموقعها النسبي بالنسبة للجزيئات الأخرى ويتم تجميعها معًا بسبب التفاعل بين الجزيئات. تسمى المسافة بين جزيئات المادة الصلبة في اتجاهات مختلفة معامل الشبكة البلورية. يحدد هيكل المادة وتماثلها العديد من الخصائص، مثل النطاق الإلكتروني والانقسام والبصريات. عندما تتعرض مادة صلبة لقوة كبيرة بما فيه الكفاية، يمكن أن تضعف هذه الصفات بدرجة أو بأخرى. في هذه الحالة، يكون الجسم الصلب عرضة للتشوه المتبقي.

تخضع ذرات المواد الصلبة لحركات اهتزازية تحدد مدى امتلاكها للطاقة الحرارية. نظرًا لأنها لا تذكر، لا يمكن ملاحظتها إلا في ظروف المختبر. من مادة صلبة يؤثر بشكل كبير على خصائصها.

دراسة المواد الصلبة

تتم دراسة ميزات وخصائص هذه المواد وصفاتها وحركة الجزيئات في مجالات فرعية مختلفة من فيزياء الحالة الصلبة.

تُستخدم الطرق التالية للبحث: التحليل الطيفي الراديوي والتحليل الهيكلي باستخدام الأشعة السينية وطرق أخرى. هذه هي الطريقة التي تتم بها دراسة الخواص الميكانيكية والفيزيائية والحرارية للمواد الصلبة. تتم دراسة الصلابة ومقاومة الأحمال وقوة الشد وتحولات الطور بواسطة علم المواد. لديها الكثير من القواسم المشتركة مع فيزياء الحالة الصلبة. وهناك علوم حديثة أخرى مهمة. تتم دراسة المواد الموجودة وتخليق مواد جديدة بواسطة كيمياء الحالة الصلبة.

مميزات المواد الصلبة

إن طبيعة حركة الإلكترونات الخارجية لذرات المادة الصلبة تحدد العديد من خواصها، منها على سبيل المثال الخصائص الكهربائية. هناك 5 فئات من هذه الهيئات. يتم إنشاؤها اعتمادًا على نوع الرابطة بين الذرات:

• الأيونية، السمة الرئيسية لها هي قوة الجذب الكهروستاتيكية. مميزاته: انعكاس وامتصاص الضوء في منطقة الأشعة تحت الحمراء. عند درجات الحرارة المنخفضة، تكون الروابط الأيونية ذات موصلية كهربائية منخفضة. مثال على هذه المادة هو ملح الصوديوم لحمض الهيدروكلوريك (NaCl).
• تساهمية، ينفذها زوج من الإلكترونات ينتمي إلى الذرتين. وتنقسم هذه الرابطة إلى: مفردة (بسيطة)، مزدوجة وثلاثية. تشير هذه الأسماء إلى وجود أزواج من الإلكترونات (1، 2، 3). تسمى الروابط المزدوجة والثلاثية مضاعفات. هناك قسم آخر لهذه المجموعة. وهكذا، اعتمادا على توزيع كثافة الإلكترون، يتم التمييز بين الروابط القطبية وغير القطبية. الأول يتكون من ذرات مختلفة، والثاني يتكون من ذرات متطابقة. وتتميز هذه الحالة الصلبة للمادة، ومن أمثلتها الماس (C) والسيليكون (Si)، بكثافتها. تنتمي أصعب البلورات على وجه التحديد إلى الرابطة التساهمية.
• فلز، يتكون من اتحاد إلكترونات التكافؤ للذرات. ونتيجة لذلك تظهر سحابة إلكترونية عامة تتحرك تحت تأثير الجهد الكهربائي. تتشكل الرابطة المعدنية عندما تكون الذرات المرتبطة كبيرة الحجم. هم الذين يمكنهم التبرع بالإلكترونات. في العديد من المعادن والمركبات المعقدة، تشكل هذه الرابطة حالة صلبة من المادة. أمثلة: الصوديوم، الباريوم، الألومنيوم، النحاس، الذهب. يمكن ملاحظة المركبات غير المعدنية التالية: AlCr 2، Ca 2 Cu، Cu 5 Zn 8. المواد ذات الروابط المعدنية (المعادن) لها خصائص فيزيائية متنوعة. يمكن أن تكون سائلة (Hg)، طرية (Na, K)، صلبة جدًا (W, Nb).
• جزيئي، يحدث في البلورات التي تتكون من جزيئات فردية من مادة ما. ويتميز بوجود فجوات بين الجزيئات ذات كثافة الإلكترون صفر. إن القوى التي تربط الذرات معًا في مثل هذه البلورات كبيرة. في هذه الحالة، تنجذب الجزيئات لبعضها البعض فقط عن طريق الجذب الضعيف بين الجزيئات. ولهذا السبب يتم تدمير الروابط بينهما بسهولة عند تسخينها. من الصعب جدًا تفكيك الروابط بين الذرات. ينقسم الترابط الجزيئي إلى اتجاهي ومشتت واستقرائي. مثال على هذه المادة هو الميثان الصلب.
• الهيدروجين، الذي يتواجد بين ذرات الجزيء أو جزء منه ذات الاستقطاب الموجب وأصغر جسيم مستقطب سلباً في جزيء أو جزء آخر. وتشمل هذه الاتصالات الجليد.

خصائص المواد الصلبة

ماذا نعرف اليوم؟ لقد درس العلماء منذ فترة طويلة خصائص الحالة الصلبة للمادة. وعندما يتعرض لدرجات الحرارة فإنه يتغير أيضاً. يسمى انتقال مثل هذا الجسم إلى سائل بالذوبان. يسمى تحول المادة الصلبة إلى الحالة الغازية بالتسامي. ومع انخفاض درجة الحرارة، تتبلور المادة الصلبة. بعض المواد تحت تأثير البرد تمر إلى المرحلة غير المتبلورة. يسمي العلماء هذه العملية بالانتقال الزجاجي.

عندما يتغير الهيكل الداخلي للمواد الصلبة. يكتسب النظام الأكبر مع انخفاض درجة الحرارة. عند الضغط الجوي ودرجة الحرارة T> 0 K، تتصلب أي مادة موجودة في الطبيعة. الاستثناء من هذه القاعدة هو الهيليوم فقط، الذي يتطلب ضغطًا قدره 24 ضغطًا جويًا للتبلور.

الحالة الصلبة للمادة تمنحها خصائص فيزيائية مختلفة. إنها تميز السلوك المحدد للأجسام تحت تأثير مجالات وقوى معينة. وتنقسم هذه الخصائص إلى مجموعات. هناك 3 طرق للتأثير تتوافق مع 3 أنواع من الطاقة (الميكانيكية والحرارية والكهرومغناطيسية). وبناء على ذلك، هناك ثلاث مجموعات من الخصائص الفيزيائية للمواد الصلبة:

• الخواص الميكانيكية المرتبطة بالإجهاد وتشوه الأجسام. وفقًا لهذه المعايير، يتم تقسيم المواد الصلبة إلى مواد مرنة وريولوجية وقوة وتكنولوجية. في حالة الراحة، يحتفظ مثل هذا الجسم بشكله، لكنه يمكن أن يتغير تحت تأثير قوة خارجية. في هذه الحالة، يمكن أن يكون تشوهه بلاستيكيًا (لا يعود الشكل الأصلي)، أو مرنًا (يعود إلى شكله الأصلي) أو مدمرًا (يحدث التفكك/الكسر عند الوصول إلى عتبة معينة). يتم وصف الاستجابة للقوة المطبقة بواسطة معاملات مرنة. الجسم الصلب لا يقاوم الضغط والشد فحسب، بل يقاوم أيضًا القص والالتواء والانحناء. قوة المادة الصلبة هي قدرتها على مقاومة التدمير.
• الحرارية، والتي تتجلى عند تعرضها للمجالات الحرارية. ومن أهم خصائصه درجة الانصهار التي يتحول عندها الجسم إلى الحالة السائلة. ويلاحظ في المواد الصلبة البلورية. تمتلك الأجسام غير المتبلورة حرارة اندماج كامنة، حيث أن انتقالها إلى الحالة السائلة يحدث تدريجياً مع زيادة درجة الحرارة. عند الوصول إلى حرارة معينة، يفقد الجسم غير المتبلور مرونته ويكتسب اللدونة. وتعني هذه الحالة أنها وصلت إلى درجة حرارة التزجج. عند تسخينه، يتشوه الجسم الصلب. علاوة على ذلك، فإنه غالبا ما يتوسع. من الناحية الكمية، تتميز هذه الحالة بمعامل معين. تؤثر درجة حرارة الجسم على الخصائص الميكانيكية مثل السيولة والليونة والصلابة والقوة.
• الكهرومغناطيسية، المرتبطة بالتأثير على المادة الصلبة لتدفقات الجسيمات الدقيقة والموجات الكهرومغناطيسية ذات الصلابة العالية. وتشمل هذه أيضًا خصائص الإشعاع.

هيكل المنطقة

يتم تصنيف المواد الصلبة أيضًا وفقًا لما يسمى ببنية المنطقة. لذلك، من بينها هناك:

• تتميز الموصلات بتداخل نطاقات التوصيل والتكافؤ. في هذه الحالة، يمكن للإلكترونات أن تتحرك فيما بينها، وتتلقى أدنى طاقة. تعتبر جميع المعادن موصلات. عند تطبيق فرق الجهد على مثل هذا الجسم، يتشكل تيار كهربائي (بسبب حرية حركة الإلكترونات بين النقاط ذات الجهد الأدنى والأعلى).
• العوازل التي لا تتداخل مناطقها. الفاصل الزمني بينهما يتجاوز 4 فولت. لنقل الإلكترونات من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل، هناك حاجة إلى كميات كبيرة من الطاقة. بسبب هذه الخصائص، فإن العوازل الكهربائية عمليا لا تقوم بتوصيل التيار.
• تتميز أشباه الموصلات بغياب نطاقات التوصيل والتكافؤ. الفاصل الزمني بينهما أقل من 4 فولت. لنقل الإلكترونات من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل، هناك حاجة إلى طاقة أقل من العوازل الكهربائية. لا تمرر أشباه الموصلات النقية (غير المصنعة والجوهرية) التيار بشكل جيد.

تحدد حركة الجزيئات في المواد الصلبة خصائصها الكهرومغناطيسية.

خصائص أخرى

يتم تصنيف المواد الصلبة أيضًا وفقًا لخصائصها المغناطيسية. هناك ثلاث مجموعات:

• المغناطيسات التي تعتمد خصائصها قليلاً على درجة الحرارة أو حالة التجميع.
• البارامغناطيسية، وهي نتيجة لتوجيه إلكترونات التوصيل والعزوم المغناطيسية للذرات. ووفقا لقانون كوري، فإن حساسيتها تتناقص بما يتناسب مع درجة الحرارة. لذا، عند 300 كلفن يكون 10 -5.
• أجسام ذات تركيب مغناطيسي منظم، ولها ترتيب ذري طويل المدى. توجد الجسيمات ذات العزوم المغناطيسية بشكل دوري في عقد شبكتها. غالبًا ما تستخدم هذه المواد الصلبة والمواد في مختلف مجالات النشاط البشري.

أصعب المواد في الطبيعة

ما هم؟ كثافة المواد الصلبة تحدد إلى حد كبير صلابتها. وفي السنوات الأخيرة، اكتشف العلماء العديد من المواد التي تدعي أنها "أقوى جسم". أصعب مادة هي الفوليريت (بلورة تحتوي على جزيئات الفوليرين)، وهي أصلب بحوالي 1.5 مرة من الماس. ولسوء الحظ، فهو متوفر حاليًا بكميات صغيرة جدًا فقط.

اليوم، أصعب مادة يمكن استخدامها في الصناعة في المستقبل هي اللونسداليت (الألماس السداسي). وهو أصلب من الماس بنسبة 58%. Lonsdaleite هو تعديل متآصل للكربون. شبكتها البلورية تشبه إلى حد كبير شبكة الماس. تحتوي خلية اللونسداليت على 4 ذرات، والماس - 8. ومن بين البلورات المستخدمة على نطاق واسع اليوم، يظل الماس هو الأصعب.