1. Struttura dei corpi gassosi, liquidi e solidi

La teoria cinetica molecolare permette di comprendere perché una sostanza può esistere allo stato gassoso, liquido e solido.
Gas. Nei gas la distanza tra atomi o molecole è in media molte volte maggiore della dimensione delle molecole stesse ( Fig.8.5). Ad esempio, a pressione atmosferica il volume di un recipiente è decine di migliaia di volte maggiore del volume delle molecole in esso contenute.

I gas vengono facilmente compressi e la distanza media tra le molecole diminuisce, ma la forma della molecola non cambia ( Fig.8.6).

Le molecole si muovono a velocità enormi - centinaia di metri al secondo - nello spazio. Quando si scontrano, rimbalzano l'uno sull'altro in direzioni diverse, come palle da biliardo. Le deboli forze attrattive delle molecole di gas non sono in grado di tenerle vicine l'una all'altra. Ecco perché i gas possono espandersi illimitatamente. Non mantengono né forma né volume.
Numerosi impatti di molecole sulle pareti della nave creano pressione del gas.

Liquidi. Le molecole del liquido si trovano quasi vicine l'una all'altra ( Fig.8.7), quindi una molecola liquida si comporta diversamente da una molecola di gas. Nei liquidi esiste il cosiddetto ordine a corto raggio, cioè la disposizione ordinata delle molecole viene mantenuta su distanze pari a diversi diametri molecolari. La molecola oscilla attorno alla sua posizione di equilibrio, scontrandosi con le molecole vicine. Solo di tanto in tanto fa un altro “salto”, mettendosi in una nuova posizione di equilibrio. In questa posizione di equilibrio, la forza repulsiva è uguale alla forza attrattiva, cioè la forza di interazione totale della molecola è zero. Tempo vita sistemata le molecole d'acqua, cioè il tempo delle sue vibrazioni attorno a una specifica posizione di equilibrio a temperatura ambiente, è in media di 10 -11 s. Il tempo di un'oscillazione è molto inferiore (10 -12 -10 -13 s). All’aumentare della temperatura diminuisce il tempo di residenza delle molecole.

La natura del movimento molecolare nei liquidi, stabilita per la prima volta dal fisico sovietico Ya.I. Frenkel, ci consente di comprendere le proprietà fondamentali dei liquidi.
Le molecole liquide si trovano direttamente una accanto all'altra. Quando il volume diminuisce, le forze repulsive diventano molto grandi. Questo spiega bassa comprimibilità dei liquidi.
Come è noto, i liquidi sono fluidi, cioè non mantengono la loro forma. Questo può essere spiegato in questo modo. La forza esterna non cambia sensibilmente il numero di salti molecolari al secondo. Ma i salti delle molecole da una posizione stazionaria all'altra avvengono prevalentemente nella direzione della forza esterna ( Fig.8.8). Ecco perché il liquido scorre e prende la forma del contenitore.

Solidi. Gli atomi o le molecole dei solidi, a differenza degli atomi e delle molecole dei liquidi, vibrano attorno a determinate posizioni di equilibrio. Per questo motivo, solidi mantenere non solo il volume, ma anche la forma. L'energia potenziale di interazione tra le molecole solide è significativamente maggiore della loro energia cinetica.
C'è un'altra importante differenza tra liquidi e solidi. Un liquido può essere paragonato a una folla di persone, dove i singoli individui si accalcano irrequieti sul posto, e un corpo solido è come un'esile coorte degli stessi individui che, sebbene non stiano sull'attenti, mantengono in media una certa distanza tra loro . Se colleghi i centri delle posizioni di equilibrio di atomi o ioni di un corpo solido, ottieni un reticolo spaziale regolare chiamato cristallino.
Le Figure 8.9 e 8.10 mostrano i reticoli cristallini del sale da cucina e del diamante. L'ordine interno nella disposizione degli atomi nei cristalli porta a forme geometriche esterne regolari.

La Figura 8.11 mostra i diamanti Yakut.

In un gas, la distanza l tra le molecole è molto maggiore della dimensione delle molecole 0:" l>>r 0 .
Per liquidi e solidi l≈r 0. Le molecole di un liquido sono disposte in disordine e di tanto in tanto saltano da una posizione stabile all'altra.
I solidi cristallini hanno molecole (o atomi) disposte in modo rigorosamente ordinato.

2. Gas ideali nella teoria cinetica molecolare

Lo studio di qualsiasi campo della fisica inizia sempre con l'introduzione di un determinato modello, nell'ambito del quale avvengono ulteriori studi. Ad esempio, quando studiavamo la cinematica, il modello del corpo era un punto materiale, ecc. Come avrete intuito, il modello non corrisponderà mai ai processi realmente accaduti, ma spesso si avvicina molto a questa corrispondenza.

La fisica molecolare, e in particolare la MCT, non fa eccezione. Molti scienziati hanno lavorato sul problema della descrizione del modello fin dal XVIII secolo: M. Lomonosov, D. Joule, R. Clausius (Fig. 1). Quest’ultimo, infatti, introdusse il modello dei gas ideali nel 1857. Una spiegazione qualitativa delle proprietà fondamentali di una sostanza basata sulla teoria cinetica molecolare non è particolarmente difficile. Tuttavia, la teoria che stabilisce connessioni quantitative tra le grandezze misurate sperimentalmente (pressione, temperatura, ecc.) e le proprietà delle molecole stesse, il loro numero e velocità di movimento, è molto complessa. In un gas a pressione normale la distanza tra le molecole è molte volte maggiore delle loro dimensioni. In questo caso le forze di interazione tra le molecole sono trascurabili e l'energia cinetica delle molecole è molto maggiore dell'energia potenziale di interazione. Le molecole di gas possono essere pensate come punti materiali o sfere solide molto piccole. Invece di gas reale, tra le molecole di cui agiscono forze di interazione complesse, lo considereremo Il modello è un gas ideale.

Gas ideale– un modello di gas, in cui le molecole e gli atomi di gas sono rappresentati sotto forma di sfere elastiche molto piccole (di dimensioni evanescenti) che non interagiscono tra loro (senza contatto diretto), ma si limitano a scontrarsi (vedi Fig. 2).

Va notato che l’idrogeno rarefatto (a pressione molto bassa) soddisfa quasi completamente il modello del gas ideale.

Riso. 2.

Gas idealeè un gas in cui l'interazione tra le molecole è trascurabile. Naturalmente, quando le molecole di un gas ideale si scontrano, su di esse agisce una forza repulsiva. Poiché possiamo considerare le molecole di gas, secondo il modello, come punti materiali, trascuriamo le dimensioni delle molecole, considerando che il volume che occupano è molto inferiore al volume del recipiente.
Ricordiamo che in un modello fisico vengono prese in considerazione solo quelle proprietà di un sistema reale, la cui considerazione è assolutamente necessaria per spiegare i modelli di comportamento studiati di questo sistema. Nessun modello può trasmettere tutte le proprietà di un sistema. Ora dobbiamo risolvere un problema piuttosto ristretto: utilizzare la teoria cinetica molecolare per calcolare la pressione di un gas ideale sulle pareti di un recipiente. Per questo problema, il modello dei gas ideali risulta essere abbastanza soddisfacente. Porta a risultati confermati dall’esperienza.

3. Pressione dei gas nella teoria cinetica molecolare Lascia che il gas sia in un contenitore chiuso. Il manometro mostra la pressione del gas p0. Come nasce questa pressione?
Ogni molecola di gas che colpisce la parete agisce su di essa con una certa forza per un breve periodo di tempo. Come risultato di impatti casuali sulla parete, la pressione cambia rapidamente nel tempo, approssimativamente come mostrato nella Figura 8.12. Tuttavia, gli effetti causati dagli urti delle singole molecole sono così deboli che non vengono registrati da un manometro. Il manometro registra la forza media nel tempo che agisce su ciascuna unità di superficie del suo elemento sensibile: la membrana. Nonostante piccole variazioni di pressione, il valore medio della pressione p0 praticamente risulta essere un valore completamente definito, poiché gli impatti sul muro sono molti e le masse delle molecole sono molto piccole.

Un gas ideale è un modello di un gas reale. Secondo questo modello le molecole di gas possono essere considerate come punti materiali la cui interazione avviene solo quando si scontrano. Quando le molecole del gas entrano in collisione con la parete, esercitano una pressione su di essa.

4. Micro e macroparametri del gas

Ora possiamo iniziare a descrivere i parametri di un gas ideale. Sono divisi in due gruppi:

Parametri dei gas ideali

Cioè, i microparametri descrivono lo stato di una singola particella (microbody) e i macroparametri descrivono lo stato dell'intera porzione di gas (macrobody). Scriviamo ora la relazione che collega alcuni parametri con altri, ovvero l'equazione MKT base:

Qui: - velocità media del movimento delle particelle;

Definizione. – concentrazione particelle di gas: il numero di particelle per unità di volume; ; unità - .

5. Valore medio del quadrato della velocità delle molecole

Per calcolare la pressione media è necessario conoscere la velocità media delle molecole (più precisamente il valore medio del quadrato della velocità). Questa non è una domanda semplice. Sei abituato al fatto che ogni particella ha velocità. La velocità media delle molecole dipende dal movimento di tutte le particelle.
Valori medi. Fin dall'inizio bisogna rinunciare a cercare di tracciare il movimento di tutte le molecole che compongono il gas. Ce ne sono troppi e si muovono molto difficilmente. Non abbiamo bisogno di sapere come si muove ciascuna molecola. Dobbiamo scoprire a quale risultato porta il movimento di tutte le molecole di gas.
La natura del movimento dell'intero insieme delle molecole di gas è nota per esperienza. Le molecole si impegnano in un movimento casuale (termico). Ciò significa che la velocità di qualsiasi molecola può essere molto grande o molto piccola. La direzione del movimento delle molecole cambia costantemente quando entrano in collisione tra loro.
Tuttavia, le velocità delle singole molecole possono essere qualsiasi media il valore del modulo di queste velocità è abbastanza definito. Allo stesso modo, l'altezza degli studenti in una classe non è la stessa, ma la sua media è un certo numero. Per trovare questo numero, devi sommare le altezze dei singoli studenti e dividere questa somma per il numero di studenti.
Il valore medio del quadrato della velocità. In futuro avremo bisogno del valore medio non della velocità stessa, ma del quadrato della velocità. L'energia cinetica media delle molecole dipende da questo valore. E l'energia cinetica media delle molecole, come vedremo tra poco, è molto importante nell'intera teoria cinetica molecolare.
Indichiamo con . i moduli di velocità delle singole molecole di gas. Il valore medio del quadrato della velocità è determinato dalla seguente formula:

Dove N- il numero di molecole nel gas.
Ma il quadrato del modulo di qualsiasi vettore è uguale alla somma dei quadrati delle sue proiezioni sugli assi delle coordinate BUE, OY, OZ. Ecco perché

I valori medi delle quantità possono essere determinati utilizzando formule simili alla formula (8.9). Tra il valore medio e i valori medi dei quadrati delle proiezioni esiste lo stesso rapporto della relazione (8.10):

Infatti, l'uguaglianza (8.10) è valida per ciascuna molecola. Sommando queste uguaglianze per le singole molecole e dividendo entrambi i lati dell'equazione risultante per il numero di molecole N, arriviamo alla formula (8.11).
Attenzione! Poiché le direzioni dei tre assi OH, OH E OZ a causa del movimento casuale delle molecole, sono uguali, i valori medi dei quadrati delle proiezioni di velocità sono uguali tra loro:

Vedete, un certo schema emerge dal caos. Potresti capirlo da solo?
Tenendo conto della relazione (8.12), sostituiamo nella formula (8.11) invece di e . Quindi per il quadrato medio della proiezione della velocità otteniamo:

cioè, il quadrato medio della proiezione della velocità è uguale a 1/3 del quadrato medio della velocità stessa. Il fattore 1/3 appare dovuto alla tridimensionalità dello spazio e, di conseguenza, all'esistenza di tre proiezioni per qualsiasi vettore.
Le velocità delle molecole cambiano in modo casuale, ma il quadrato medio della velocità è un valore ben definito.

6. Equazione base della teoria cinetica molecolare
Procediamo alla derivazione dell'equazione base della teoria cinetica molecolare dei gas. Questa equazione stabilisce la dipendenza della pressione del gas dall'energia cinetica media delle sue molecole. Dopo la derivazione di questa equazione nel 19° secolo. e la prova sperimentale della sua validità diede inizio al rapido sviluppo della teoria quantitativa, che continua ancora oggi.
La dimostrazione di quasi ogni affermazione in fisica, la derivazione di qualsiasi equazione può essere fatta con vari gradi di rigore e convincenza: molto semplificato, più o meno rigoroso, o con tutto il rigore a disposizione della scienza moderna.
Una derivazione rigorosa dell'equazione della teoria cinetica molecolare dei gas è piuttosto complessa. Ci limiteremo quindi ad una derivazione schematica e molto semplificata dell'equazione. Nonostante tutte le semplificazioni, il risultato sarà corretto.
Derivazione dell'equazione fondamentale. Calcoliamo la pressione del gas sul muro CD nave ABCD la zona S, perpendicolare all'asse delle coordinate BUE (Fig.8.13).

Quando una molecola colpisce un muro, la sua quantità di moto cambia: . Poiché il modulo della velocità delle molecole all'impatto non cambia . Secondo la seconda legge di Newton, la variazione della quantità di moto di una molecola è uguale all'impulso della forza che agisce su di essa dalla parete del vaso, e secondo la terza legge di Newton, l'entità dell'impulso della forza con cui la molecola la molecola agisce sulla parete è la stessa. Di conseguenza, a seguito dell'urto della molecola, sulla parete è stata esercitata una forza la cui quantità di moto è pari a .

Questa distanza può essere stimata conoscendo la densità della sostanza e la massa molare. Concentrazione – il numero di particelle per unità di volume è legato alla densità, alla massa molare e al numero di Avogadro dalla relazione:

dove è la densità della sostanza.

Il reciproco della concentrazione è il volume per uno particella e la distanza tra le particelle, quindi la distanza tra le particelle:

Per i liquidi e i solidi la densità dipende debolmente dalla temperatura e dalla pressione, quindi è un valore quasi costante e approssimativamente uguale, cioè La distanza tra le molecole è dell'ordine della dimensione delle molecole stesse.

La densità di un gas dipende fortemente dalla pressione e dalla temperatura. In condizioni normali (pressione, temperatura 273 K), la densità dell'aria è di circa 1 kg/m 3, la massa molare dell'aria è 0,029 kg/mol, quindi la stima con la formula (5.6) fornisce il valore. Pertanto, nei gas, la distanza tra le molecole è molto maggiore della dimensione delle molecole stesse.

Fine del lavoro -

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Se una fonte di EMF variabile è inclusa nel circuito di un circuito elettrico contenente capacità, induttanza e resistenza (Fig. 16.5), allora in esso, insieme alle sue oscillazioni smorzate,

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Come segue dalle formule di cui sopra, a una frequenza della variabile EMF ω uguale a, il valore di ampiezza della corrente nel circuito oscillatorio assume

Equazione delle onde. Tipi e caratteristiche delle onde
Il processo di propagazione delle vibrazioni nello spazio è chiamato processo ondulatorio o semplicemente onda. Onde di varia natura (sonore, elastiche,

Onde elettromagnetiche
Dalle equazioni di Maxwell ne consegue che se un campo elettrico o magnetico alternato viene eccitato con l'aiuto di cariche, nello spazio circostante si verificherà una sequenza di trasformazioni reciproche

Energia e quantità di moto di un'onda elettromagnetica. Vettore di puntamento
La propagazione di un'onda elettromagnetica è accompagnata dal trasferimento di energia e quantità di moto del campo elettromagnetico. Per verificarlo, moltiplichiamo scalarmente la prima equazione di Maxwell per il differenziale

Onde elastiche nei solidi. Analogia con le onde elettromagnetiche
Le leggi della propagazione delle onde elastiche nei solidi seguono dalle equazioni generali del moto di un mezzo omogeneo elasticamente deformato: , dove ρ

Onde stazionarie
Quando due onde contropropaganti con la stessa ampiezza si sovrappongono si formano onde stazionarie. La comparsa di onde stazionarie si verifica, ad esempio, quando le onde vengono riflesse da un ostacolo. P

effetto Doppler
Quando la sorgente e/o il ricevitore delle onde sonore si spostano rispetto al mezzo in cui il suono si propaga, la frequenza ν percepita dal ricevitore può risultare pari a circa

Fisica molecolare e termodinamica
Introduzione. Oggetto e compiti della fisica molecolare. La fisica molecolare studia lo stato e il comportamento degli oggetti macroscopici sotto influenze esterne (n

Quantità di sostanza
Un sistema macroscopico deve contenere un numero di particelle paragonabile al numero di Avogadro per poter essere considerato nel quadro della fisica statistica. Avogadro chiama il numero

Parametri cinetici del gas
Il cammino libero medio è la distanza media percorsa da una molecola di gas tra due urti successivi, determinata dalla formula: . (4.1.7) In questa forma

Pressione del gas ideale
La pressione di un gas sulla parete di un contenitore è il risultato della collisione delle molecole di gas con esso. Ogni molecola in caso di collisione trasferisce un certo impulso alla parete, quindi agisce sulla parete con n

Variabile casuale discreta. Concetto di probabilità
Consideriamo il concetto di probabilità utilizzando un semplice esempio. Lascia che in una scatola ci siano palline bianche e nere mescolate, che non sono diverse l'una dall'altra tranne che per il colore. Per semplicità lo faremo

Distribuzione delle molecole in base alla velocità
L'esperienza mostra che le velocità delle molecole di gas che si trovano in uno stato di equilibrio possono avere valori molto diversi, sia molto grandi che prossimi allo zero. La velocità delle molecole può

Equazione base della teoria cinetica molecolare
L'energia cinetica media del moto traslatorio delle molecole è pari a: . (4.2.15) Pertanto, la temperatura assoluta è proporzionale all'energia cinetica media

Numero di gradi di libertà di una molecola
La formula (31) determina solo l'energia del movimento traslazionale della molecola. Le molecole di un gas monoatomico hanno questa energia cinetica media. Per le molecole poliatomiche è necessario tenere conto del contributo a

Energia interna di un gas ideale
L'energia interna di un gas ideale è uguale all'energia cinetica totale del movimento delle molecole: L'energia interna di una mole di gas ideale è uguale a: (4.2.20) Interna

Formula barometrica. Distribuzione di Boltzmann
La pressione atmosferica all'altezza h è determinata dal peso degli strati di gas sovrastanti. Se la temperatura dell'aria T e l'accelerazione di gravità g non cambiano con l'altitudine, allora la pressione dell'aria P in quota

La prima legge della termodinamica. Sistema termodinamico. Parametri esterni ed interni. Processo termodinamico
La parola "termodinamica" deriva dalle parole greche thermos - calore e dinamica - forza. La termodinamica è nata come la scienza delle forze motrici che si generano durante i processi termici, la legge

Stato di equilibrio. Processi di equilibrio
Se tutti i parametri del sistema hanno determinati valori che rimangono costanti in condizioni esterne costanti per un tempo indefinitamente lungo, allora tale stato del sistema è chiamato equilibrio, o

Mendeleev-Equazione di Clapeyron
In uno stato di equilibrio termodinamico, tutti i parametri di un sistema macroscopico rimangono invariati per tutto il tempo desiderato in condizioni esterne costanti. L'esperimento mostra che per any

Energia interna di un sistema termodinamico
Oltre ai parametri termodinamici P, V e T, il sistema termodinamico è caratterizzato da una certa funzione di stato U, chiamata energia interna. Se la designazione

Il concetto di capacità termica
Secondo la prima legge della termodinamica, la quantità di calore dQ impartita al sistema va a modificare la sua energia interna dU e il lavoro dA che il sistema compie sull’ambiente esterno.

Testo della lezione
Compilato da: GumarovaSonia Faritovna Il libro è pubblicato nell'edizione dell'autore Sub. per stampare 00.00.00. formato 60x84 1/16. Boom. O

I solidi sono quelle sostanze che sono in grado di formare corpi e hanno volume. Differiscono dai liquidi e dai gas nella loro forma. I solidi mantengono la loro forma corporea perché le loro particelle non sono in grado di muoversi liberamente. Differiscono per densità, plasticità, conduttività elettrica e colore. Hanno anche altre proprietà. Ad esempio, la maggior parte di queste sostanze si scioglie durante il riscaldamento, acquisendo uno stato liquido di aggregazione. Alcuni di essi, una volta riscaldati, si trasformano immediatamente in gas (sublimano). Ma ci sono anche quelli che si decompongono in altre sostanze.

Tipi di solidi

Tutti i solidi sono divisi in due gruppi.

1. Amorfo, in cui le singole particelle sono disposte in modo casuale. In altre parole: non hanno una struttura chiara (definita). Questi solidi sono in grado di sciogliersi entro un certo intervallo di temperature. I più comuni includono vetro e resina.
2. Cristallino, che a sua volta si divide in 4 tipi: atomico, molecolare, ionico, metallico. In essi, le particelle si trovano solo secondo un certo schema, vale a dire nei nodi del reticolo cristallino. La sua geometria in diverse sostanze può variare notevolmente.

Le sostanze solide cristalline prevalgono nel loro numero sulle sostanze amorfe.

Tipi di solidi cristallini

Allo stato solido quasi tutte le sostanze hanno una struttura cristallina. Si distinguono per i loro reticoli ai nodi contenenti varie particelle ed elementi chimici. È in accordo con loro che hanno ricevuto i loro nomi. Ogni tipo ha proprietà caratteristiche:

• In un reticolo cristallino atomico, le particelle di un solido sono legate da legami covalenti. Si distingue per la sua forza. Per questo motivo, tali sostanze hanno un punto di ebollizione elevato. Questo tipo include quarzo e diamante.
• In un reticolo cristallino molecolare, i legami tra le particelle sono caratterizzati dalla loro debolezza. Le sostanze di questo tipo sono caratterizzate dalla facilità di ebollizione e fusione. Sono caratterizzati da volatilità, grazie alla quale hanno un certo odore. Tali solidi includono ghiaccio e zucchero. I movimenti delle molecole nei solidi di questo tipo si distinguono per la loro attività.
• Ai nodi si alternano particelle corrispondenti, caricate positivamente e negativamente. Sono tenuti insieme dall'attrazione elettrostatica. Questo tipo di reticolo esiste negli alcali, nei sali. Molte sostanze di questo tipo sono facilmente solubili in acqua. A causa del legame abbastanza forte tra gli ioni, sono refrattari. Quasi tutti sono inodori, poiché sono caratterizzati da non volatilità. Le sostanze con un reticolo ionico non sono in grado di condurre corrente elettrica perché non contengono elettroni liberi. Un tipico esempio di solido ionico è il sale da cucina. Questo reticolo cristallino gli conferisce fragilità. Ciò è dovuto al fatto che qualsiasi suo spostamento può portare all'emergere di forze di repulsione ionica.
• In un reticolo cristallino metallico, ai nodi sono presenti solo ioni chimici con carica positiva. Tra di loro ci sono elettroni liberi, attraverso i quali l'energia termica ed elettrica passa perfettamente. Ecco perché tutti i metalli si distinguono per una caratteristica come la conduttività.

Concetti generali sui solidi

Solidi e sostanze sono praticamente la stessa cosa. Questi termini si riferiscono a uno dei 4 stati di aggregazione. I solidi hanno una forma stabile e uno schema di movimento termico degli atomi. Inoltre questi ultimi compiono piccole oscillazioni in prossimità delle posizioni di equilibrio. La branca della scienza che studia la composizione e la struttura interna è chiamata fisica dello stato solido. Esistono altre importanti aree di conoscenza che riguardano tali sostanze. Il cambiamento di forma sotto influenze e movimenti esterni è chiamato la meccanica di un corpo deformabile.

A causa delle diverse proprietà dei solidi, hanno trovato applicazione in vari dispositivi tecnici creati dall'uomo. Molto spesso, il loro utilizzo era basato su proprietà quali durezza, volume, massa, elasticità, plasticità e fragilità. La scienza moderna consente di utilizzare altre qualità di solidi che possono essere rilevate solo in condizioni di laboratorio.

Cosa sono i cristalli

I cristalli sono solidi con particelle disposte in un certo ordine. Ognuno ha la propria struttura. I suoi atomi formano una disposizione periodica tridimensionale chiamata reticolo cristallino. I solidi hanno diverse simmetrie di struttura. Lo stato cristallino di un solido è considerato stabile perché ha una quantità minima di energia potenziale.

La stragrande maggioranza dei solidi è costituita da un numero enorme di singoli granuli orientati in modo casuale (cristalliti). Tali sostanze sono chiamate policristalline. Questi includono leghe e metalli tecnici, nonché molte rocce. I singoli cristalli naturali o sintetici sono detti monocristallini.

Molto spesso, tali solidi sono formati dallo stato della fase liquida, rappresentata da una fusione o da una soluzione. A volte sono ottenuti dallo stato gassoso. Questo processo è chiamato cristallizzazione. Grazie al progresso scientifico e tecnologico, la procedura per coltivare (sintetizzare) varie sostanze ha raggiunto una scala industriale. La maggior parte dei cristalli ha una forma naturale come le loro dimensioni variano notevolmente. Pertanto, il quarzo naturale (cristallo di rocca) può pesare fino a centinaia di chilogrammi e i diamanti fino a diversi grammi.

Nei solidi amorfi, gli atomi sono in costante vibrazione attorno a punti posizionati casualmente. Mantengono un certo ordine a corto raggio, ma mancano di ordine a lungo raggio. Ciò è dovuto al fatto che le loro molecole si trovano a una distanza paragonabile alla loro dimensione. L'esempio più comune di tale solido nella nostra vita è lo stato vetroso. spesso considerato come un liquido con viscosità infinitamente elevata. Il tempo della loro cristallizzazione è talvolta così lungo che non appare affatto.

Sono le proprietà di cui sopra di queste sostanze che le rendono uniche. I solidi amorfi sono considerati instabili perché possono diventare cristallini nel tempo.

Le molecole e gli atomi che compongono un solido sono impacchettati ad alta densità. Praticamente mantengono la loro posizione relativa rispetto ad altre particelle e sono tenuti insieme grazie all'interazione intermolecolare. La distanza tra le molecole di un solido in direzioni diverse è chiamata parametro del reticolo cristallino. La struttura di una sostanza e la sua simmetria determinano molte proprietà, come la banda elettronica, la scissione e l'ottica. Quando una sostanza solida è esposta a una forza sufficientemente grande, queste qualità possono essere compromesse in un modo o nell'altro. In questo caso il corpo solido è soggetto a deformazione residua.

Gli atomi dei solidi subiscono movimenti vibrazionali, che determinano il loro possesso di energia termica. Poiché sono trascurabili, possono essere osservati solo in condizioni di laboratorio. di una sostanza solida influisce notevolmente sulle sue proprietà.

Studio dei solidi

Le caratteristiche, le proprietà di queste sostanze, le loro qualità e il movimento delle particelle sono studiate in vari sottocampi della fisica dello stato solido.

Per la ricerca vengono utilizzati i seguenti metodi: spettroscopia radio, analisi strutturale mediante raggi X e altri metodi. Ecco come vengono studiate le proprietà meccaniche, fisiche e termiche dei solidi. Durezza, resistenza al carico, resistenza alla trazione, trasformazioni di fase sono studiate dalla scienza dei materiali. Ha molto in comune con la fisica dello stato solido. C'è un'altra importante scienza moderna. Lo studio delle sostanze esistenti e la sintesi di nuove vengono effettuati mediante la chimica dello stato solido.

Caratteristiche dei solidi

La natura del movimento degli elettroni esterni degli atomi di una sostanza solida determina molte delle sue proprietà, ad esempio quelle elettriche. Esistono 5 classi di tali organismi. Sono impostati in base al tipo di legame tra gli atomi:

• Ionico, la cui caratteristica principale è la forza di attrazione elettrostatica. Le sue caratteristiche: riflessione e assorbimento della luce nella regione dell'infrarosso. A basse temperature, i legami ionici hanno una bassa conduttività elettrica. Un esempio di tale sostanza è il sale sodico dell'acido cloridrico (NaCl).
• Covalente, effettuato da una coppia di elettroni che appartiene a entrambi gli atomi. Tale legame si divide in: singolo (semplice), doppio e triplo. Questi nomi indicano la presenza di coppie di elettroni (1, 2, 3). I legami doppi e tripli sono detti multipli. C'è un'altra divisione di questo gruppo. Pertanto, a seconda della distribuzione della densità elettronica, si distinguono i legami polari e non polari. Il primo è formato da atomi diversi, il secondo da atomi identici. Questo stato solido della materia, di cui esempi sono il diamante (C) e il silicio (Si), si distingue per la sua densità. I cristalli più duri appartengono proprio al legame covalente.
• Metallico, formato combinando gli elettroni di valenza degli atomi. Di conseguenza, appare una nuvola elettronica generale, che si sposta sotto l'influenza della tensione elettrica. Un legame metallico si forma quando gli atomi legati sono grandi. Sono loro che possono donare elettroni. In molti metalli e composti complessi, questo legame forma uno stato solido della materia. Esempi: sodio, bario, alluminio, rame, oro. Si possono notare i seguenti composti non metallici: AlCr 2, Ca 2 Cu, Cu 5 Zn 8. Le sostanze con legami metallici (metalli) hanno proprietà fisiche diverse. Possono essere liquidi (Hg), molli (Na, K), molto duri (W, Nb).
• Molecolare, presente nei cristalli formati da singole molecole di una sostanza. È caratterizzato da spazi tra molecole con densità elettronica pari a zero. Le forze che legano insieme gli atomi in tali cristalli sono significative. In questo caso le molecole sono attratte tra loro solo da una debole attrazione intermolecolare. Questo è il motivo per cui i legami tra loro vengono facilmente distrutti se riscaldati. Le connessioni tra gli atomi sono molto più difficili da interrompere. Il legame molecolare si divide in orientativo, dispersivo e induttivo. Un esempio di tale sostanza è il metano solido.
• Idrogeno, che si trova tra gli atomi polarizzati positivamente di una molecola o parte di essa e la particella più piccola polarizzata negativamente di un'altra molecola o parte. Tali connessioni includono il ghiaccio.

Proprietà dei solidi

Cosa sappiamo oggi? Gli scienziati hanno studiato a lungo le proprietà dello stato solido della materia. Quando è esposto alle temperature, cambia anche. La transizione di un tale corpo in un liquido si chiama fusione. La trasformazione di uno stato solido in uno stato gassoso si chiama sublimazione. Al diminuire della temperatura il solido cristallizza. Alcune sostanze sotto l'influenza del freddo passano nella fase amorfa. Gli scienziati chiamano questo processo transizione vetrosa.

Quando cambia la struttura interna dei solidi. Acquisisce l'ordine maggiore al diminuire della temperatura. A pressione atmosferica e temperatura T > 0 K tutte le sostanze esistenti in natura solidificano. Solo l'elio, che necessita di una pressione di 24 atm per cristallizzare, fa eccezione a questa regola.

Lo stato solido di una sostanza le conferisce varie proprietà fisiche. Caratterizzano il comportamento specifico dei corpi sotto l'influenza di determinati campi e forze. Queste proprietà sono divise in gruppi. Esistono 3 metodi di influenza, corrispondenti a 3 tipi di energia (meccanica, termica, elettromagnetica). Di conseguenza, ci sono 3 gruppi di proprietà fisiche dei solidi:

• Proprietà meccaniche associate allo sforzo e alla deformazione dei corpi. Secondo questi criteri i solidi si dividono in elastici, reologici, resistenti e tecnologici. A riposo, un tale corpo mantiene la sua forma, ma può cambiare sotto l'influenza di una forza esterna. In questo caso la sua deformazione può essere plastica (la forma originaria non ritorna), elastica (ritorna alla forma originaria) o distruttiva (la disintegrazione/rottura avviene al raggiungimento di una certa soglia). La risposta alla forza applicata è descritta da moduli elastici. Un corpo solido resiste non solo alla compressione e alla tensione, ma anche al taglio, alla torsione e alla flessione. La forza di un solido è la sua capacità di resistere alla distruzione.
• Termico, manifestato quando esposto a campi termici. Una delle proprietà più importanti è il punto di fusione al quale il corpo passa allo stato liquido. Si osserva nei solidi cristallini. I corpi amorfi hanno un calore di fusione latente, poiché la loro transizione allo stato liquido avviene gradualmente con l'aumentare della temperatura. Al raggiungimento di un certo calore, il corpo amorfo perde elasticità e acquisisce plasticità. Questo stato significa che ha raggiunto la temperatura di transizione vetrosa. Quando riscaldato, il corpo solido si deforma. Inoltre, molto spesso si espande. Quantitativamente, questo stato è caratterizzato da un certo coefficiente. La temperatura corporea influenza le caratteristiche meccaniche quali fluidità, duttilità, durezza e resistenza.
• Elettromagnetico, associato all'impatto sulla materia solida di flussi di microparticelle e onde elettromagnetiche di elevata rigidità. Questi includono anche le proprietà delle radiazioni.

Struttura della zona

I solidi vengono classificati anche in base alla loro cosiddetta struttura zonale. Quindi, tra questi ci sono:

• Conduttori caratterizzati dalla sovrapposizione delle bande di conduzione e di valenza. In questo caso, gli elettroni possono muoversi tra di loro, ricevendo la minima energia. Tutti i metalli sono considerati conduttori. Quando si applica una differenza di potenziale a un tale corpo, si forma una corrente elettrica (a causa del libero movimento degli elettroni tra i punti con il potenziale più basso e quello più alto).
• Dielettrici le cui zone non si sovrappongono. L'intervallo tra loro supera i 4 eV. Per condurre gli elettroni dalla banda di valenza alla banda di conduzione sono necessarie grandi quantità di energia. A causa di queste proprietà, i dielettrici praticamente non conducono corrente.
• Semiconduttori caratterizzati dall'assenza di bande di conduzione e di valenza. L'intervallo tra loro è inferiore a 4 eV. Per trasferire gli elettroni dalla banda di valenza alla banda di conduzione è necessaria meno energia rispetto ai dielettrici. I semiconduttori puri (non drogati e intrinseci) non trasmettono bene la corrente.

I movimenti delle molecole nei solidi determinano le loro proprietà elettromagnetiche.

Altre proprietà

I solidi vengono classificati anche in base alle loro proprietà magnetiche. Ci sono tre gruppi:

• Diamagneti, le cui proprietà dipendono poco dalla temperatura o dallo stato di aggregazione.
• Paramagneti, che sono una conseguenza dell'orientamento degli elettroni di conduzione e dei momenti magnetici degli atomi. Secondo la legge di Curie la loro suscettibilità diminuisce proporzionalmente alla temperatura. Quindi, a 300 K è 10 -5.
• Corpi con una struttura magnetica ordinata, che possiedono un ordine atomico a lungo raggio. Le particelle con momenti magnetici si trovano periodicamente ai nodi del loro reticolo. Tali solidi e sostanze sono spesso utilizzati in vari campi dell'attività umana.

Le sostanze più dure in natura

Quali sono? La densità dei solidi determina in gran parte la loro durezza. Negli ultimi anni, gli scienziati hanno scoperto diversi materiali che affermano di essere il “corpo più forte”. La sostanza più dura è la fullerite (un cristallo con molecole di fullerene), che è circa 1,5 volte più dura del diamante. Sfortunatamente, attualmente è disponibile solo in quantità estremamente ridotte.

Oggi, la sostanza più dura che potrebbe essere utilizzata in futuro nell'industria è la lonsdaleite (diamante esagonale). È il 58% più duro del diamante. La lonsdaleite è una modificazione allotropica del carbonio. Il suo reticolo cristallino è molto simile a quello del diamante. Una cella di lonsdaleite contiene 4 atomi e un diamante - 8. Tra i cristalli ampiamente utilizzati oggi, il diamante rimane il più duro.

Le distanze tra le molecole sono paragonabili alle dimensioni delle molecole (in condizioni normali).

1. liquidi, corpi amorfi e cristallini

   gas e liquidi

   gas, liquidi e solidi cristallini

Nei gas in condizioni normali, la distanza media tra le molecole è

1. approssimativamente uguale al diametro della molecola

   più piccolo del diametro della molecola

   circa 10 volte il diametro della molecola

   dipende dalla temperatura del gas

L'ordine minimo nella disposizione delle particelle è caratteristico di

1. liquidi

   corpi cristallini

   corpi amorfi

La distanza tra le particelle di materia vicine è in media molte volte maggiore della dimensione delle particelle stesse. Questa affermazione corrisponde al modello

1. solo modelli con struttura a gas

   unici modelli della struttura dei corpi amorfi

   modelli della struttura dei gas e dei liquidi

   modelli della struttura di gas, liquidi e solidi

Durante la transizione dell'acqua dallo stato liquido a quello cristallino

1. la distanza tra le molecole aumenta

   le molecole cominciano ad attrarsi a vicenda

   aumenta l’ordine nella disposizione delle molecole

   la distanza tra le molecole diminuisce

A pressione costante, la concentrazione delle molecole di gas è aumentata di 5 volte, ma la sua massa non è cambiata. Energia cinetica media del moto traslatorio delle molecole di gas

1. non è cambiato

   aumentato di 5 volte

   diminuito di 5 volte

   aumentato della radice di cinque

La tabella mostra i punti di fusione e di ebollizione di alcune sostanze:

sostanza	Temperatura di ebollizione	sostanza	Temperatura di fusione
		naftalene

Scegli l'affermazione corretta.

Il punto di fusione del mercurio è superiore al punto di ebollizione dell'etere

Il punto di ebollizione dell'alcol è inferiore al punto di fusione del mercurio

Il punto di ebollizione dell'alcol è superiore al punto di fusione della naftalene

Il punto di ebollizione dell'etere è inferiore al punto di fusione della naftalene

La temperatura del solido è diminuita di 17 ºС. Sulla scala della temperatura assoluta, questo cambiamento è stato

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

9. Una nave di volume costante contiene un gas ideale in una quantità di 2 mol. Come dovrebbe essere modificata la temperatura assoluta di un recipiente contenente un gas quando 1 mole di gas viene rilasciata dal recipiente in modo che la pressione del gas sulle pareti del recipiente aumenti di 2 volte?

1) aumentare 2 volte 3) aumentare 4 volte

2) ridurre di 2 volte 4) ridurre di 4 volte

10. Alla temperatura T e alla pressione p, una mole di gas ideale occupa il volume V. Qual è il volume dello stesso gas, preso in una quantità di 2 moli, alla pressione 2p e alla temperatura 2T?

1) 4 V 2) 2 V 3) V 4) 8 V

11. La temperatura dell'idrogeno prelevato in una quantità di 3 mol in un recipiente è uguale a T. Qual è la temperatura dell'ossigeno prelevato in una quantità di 3 mol in un recipiente dello stesso volume e alla stessa pressione?

1) T 2) 8 T 3) 24 T 4) T/8

12. C'è un gas ideale in un recipiente chiuso da un pistone. Nella figura è presentato un grafico della dipendenza della pressione del gas dalla temperatura con cambiamenti nel suo stato. Quale stato del gas corrisponde al volume più piccolo?

1) A 2) B 3) C 4) D

13. Un recipiente di volume costante contiene un gas ideale, la cui massa varia. Il diagramma mostra il processo di cambiamento dello stato di un gas. In quale punto del diagramma la massa del gas è maggiore?

1) A 2) B 3) C 4) D

14. Alla stessa temperatura, il vapore saturo in un recipiente chiuso differisce dal vapore insaturo nello stesso recipiente

1) pressione

2) la velocità di movimento delle molecole

3) l'energia media del movimento caotico delle molecole

4) assenza di gas estranei

15. Quale punto del diagramma corrisponde alla pressione massima del gas?

è impossibile dare una risposta esatta

17. Un pallone con un volume di 2500 metri cubi con una massa del guscio di 400 kg ha un foro nella parte inferiore attraverso il quale l'aria nel pallone viene riscaldata da un bruciatore. A quale temperatura minima deve essere riscaldata l'aria nel pallone affinché il pallone possa decollare insieme ad un carico (cestino e aeronauta) del peso di 200 kg? La temperatura dell'aria ambiente è di 7ºС, la sua densità è di 1,2 kg per metro cubo. Il guscio della palla è considerato inestensibile.

MCT e termodinamica

MCT e termodinamica

Per questa sezione, ciascuna opzione includeva cinque attività con una scelta

risposta, di cui 4 di livello base e 1 di livello avanzato. Sulla base dei risultati degli esami

Sono stati appresi i seguenti elementi di contenuto:

Applicazione dell'equazione di Mendeleev-Clapeyron;

Dipendenza della pressione del gas dalla concentrazione di molecole e dalla temperatura;

Quantità di calore durante il riscaldamento e il raffreddamento (calcolo);

Caratteristiche del trasferimento di calore;

Umidità relativa dell'aria (calcolo);

Lavoro in termodinamica (grafico);

Applicazione dell'equazione di stato dei gas.

Tra i compiti di livello base, le seguenti domande hanno causato difficoltà:

1) Variazione dell'energia interna in vari isoprocessi (ad esempio, con

aumento isocoro della pressione) – completamento del 50%.

2) Grafici isoprocessi – 56%.

Esempio 5.

Nel processo mostrato è coinvolta la massa costante di un gas ideale

sull'immagine. Si ottiene la massima pressione del gas nel processo

1) al punto 1

2) durante l'intero segmento 1–2

3) al punto 3

4) durante l'intero segmento 2–3

Risposta 1

3) Determinazione dell'umidità dell'aria – 50%. Questi compiti contenevano una fotografia

psicrometro, secondo il quale era necessario effettuare letture di asciutto e umido

termometri, quindi determinare l'umidità dell'aria utilizzando la parte

tabella psicrometrica fornita nel compito.

4) Applicazione del primo principio della termodinamica. Questi compiti si sono rivelati i più

difficile tra i compiti di livello base per questa sezione – 45%. Qui

è stato necessario utilizzare il grafico e determinare il tipo di isoprocesso

(sono state utilizzate sia isoterme che isocore) e in accordo con questo

determinare uno dei parametri in base all'altro dato.

Tra i compiti di livello avanzato sono stati presentati problemi di calcolo

applicazione dell’equazione di stato dei gas, completata in media dal 54%

studenti, nonché attività utilizzate in precedenza per determinare le modifiche

parametri di un gas ideale in una trasformazione arbitraria. Li affronta con successo

solo un gruppo di laureati forti e il tasso medio di completamento è stato del 45%.

Uno di questi compiti è riportato di seguito.

Esempio 6

Un gas ideale è contenuto in un recipiente chiuso da un pistone. Processi

le variazioni dello stato del gas sono rappresentate nel diagramma (vedi figura). Come

il volume del gas è cambiato durante la transizione dallo stato A allo stato B?

1) aumentava continuamente

2) è diminuito continuamente

3) prima aumentato, poi diminuito

4) prima diminuito, poi aumentato

Risposta 1

Tipi di attività Quantità

compiti %

foto2 10-12 25.0-30.0

4. FISICA

4.1. Caratteristiche dei materiali di misura di controllo in fisica

2007

Il lavoro di esame per l'esame di stato unificato nel 2007 ha avuto

stessa struttura dei due anni precedenti. Consisteva in 40 compiti,

differiscono nella forma di presentazione e nel livello di complessità. Nella prima parte del lavoro

Sono stati inclusi 30 compiti a scelta multipla, in cui ogni compito era accompagnato da

quattro opzioni di risposta, di cui solo una corretta. La seconda parte conteneva 4

compiti a risposta breve. Erano problemi di calcolo, dopo averli risolti

che richiedeva che la risposta fosse data sotto forma di numero. La terza parte dell'esame

lavoro: questi sono 6 problemi di calcolo, ai quali è stato necessario portare un completamento

soluzione dettagliata. Il tempo totale per completare il lavoro è stato di 210 minuti.

Codificatore degli elementi e delle specifiche dei contenuti didattici

le prove d'esame sono state compilate sulla base del minimo obbligatorio

1999 n. 56) e ha tenuto conto della componente federale della norma statale

istruzione secondaria (completa) in fisica, livello specialistico (ordinanza del Ministero della Difesa del 5

marzo 2004 n. 1089). Il codificatore dell'elemento di contenuto non è cambiato secondo

rispetto al 2006 e includeva solo quegli elementi che erano contemporaneamente

presenti sia nella componente federale dello standard statale

(livello di profilo, 2004) e nel contenuto minimo obbligatorio

istruzione 1999

Rispetto al controllo dei materiali di misurazione del 2006 nelle varianti

Nell'Esame di Stato Unificato del 2007 sono state apportate due modifiche. Il primo di questi è stata la redistribuzione

incarichi nella prima parte del lavoro su base tematica. Non importa la difficoltà

(livelli base o avanzati), poi sono seguiti prima tutti i compiti di meccanica

in MCT e termodinamica, elettrodinamica e, infine, fisica quantistica. Secondo

La modifica ha riguardato l'introduzione mirata del testing delle attività

formazione di competenze metodologiche. Nel 2007, i compiti A30 hanno messo alla prova le competenze

analizzare i risultati degli studi sperimentali, espressi nel modulo

tabelle o grafici, nonché costruire grafici basati sui risultati dell'esperimento. Selezione

gli incarichi per la linea A30 sono stati svolti sulla base delle necessità di verifica in merito

una serie di opzioni per un tipo di attività e, di conseguenza, indipendentemente da

affiliazione tematica di un compito specifico.

La prova d'esame comprendeva compiti di base e avanzati

e alti livelli di difficoltà. Le attività di livello base hanno messo alla prova la padronanza della maggior parte

importanti concetti e leggi fisiche. I compiti di livello superiore erano controllati

la capacità di utilizzare questi concetti e leggi per analizzare processi più complessi o

la capacità di risolvere problemi che comportano l'applicazione di una o due leggi (formule) secondo una qualsiasi delle

argomenti del corso di fisica scolastica. Vengono calcolati compiti di alto livello di complessità

compiti che riflettono il livello dei requisiti per gli esami di ammissione alle università e

richiedono l'applicazione della conoscenza di due o tre sezioni della fisica contemporaneamente in versione modificata o

nuova situazione.

Il KIM del 2007 prevedeva compiti su tutti i contenuti di base

sezioni del corso di fisica:

1) “Meccanica” (cinematica, dinamica, statica, leggi di conservazione in meccanica,

vibrazioni e onde meccaniche);

2) “Fisica molecolare. Termodinamica";

3) “Elettrodinamica” (elettrostatica, corrente continua, campo magnetico,

induzione elettromagnetica, oscillazioni e onde elettromagnetiche, ottica);

4) “Fisica quantistica” (elementi di STR, dualità onda-particella, fisica

atomo, fisica del nucleo atomico).

La Tabella 4.1 mostra la distribuzione dei compiti tra i blocchi di contenuto in ciascuno di essi

da parti della prova d'esame.

Tabella 4.1

a seconda del tipo di compiti

Tutto funziona

(con scelta

(con breve

compiti % Quantità

compiti % Quantità

compiti %

1 Meccanica 11-131 27,5-32,5 9-10 22,5-25,0 1 2,5 1-2 2,5-5,0

2 MCT e termodinamica 8-10 20,0-25,0 6-7 15,0-17,5 1 2,5 1-2 2,5-5,0

3 Elettrodinamica 12-14 30,0-35,5 9-10 22,5-15,0 2 5,0 2-3 5,0-7,5

4 Fisica quantistica e

STO 6-8 15,0-20,0 5-6 12,5-15,0 – – 1-2 2,5-5,0

La Tabella 4.2 mostra la distribuzione delle attività tra i blocchi di contenuto in

a seconda del livello di difficoltà.

Tavolo4.2

Distribuzione dei compiti per sezioni del corso di fisica

a seconda del livello di difficoltà

Tutto funziona

Un livello base di

(con scelta

Elevato

(con scelta della risposta

e breve

Alto livello

(con espanso

sezione risposta)

compiti % Quantità

compiti % Quantità

compiti % Quantità

compiti %

1 Meccanica 11-13 27,5-32,5 7-8 17,5-20,0 3 7,5 1-2 2,5-5,0

2 MCT e termodinamica 8-10 20,0-25,0 5-6 12,5-15,0 2 5,0 1-2 2,5-5,0

3 Elettrodinamica 12-14 30,0-35,5 7-8 17,5-20,0 4 10,0 2-3 5,0-7,5

4 Fisica quantistica e

STO 6-8 15,0-20,0 4-5 10,0-12,5 1 2,5 1-2 2,5-5,0

Nello sviluppo del contenuto della prova d'esame, abbiamo preso in considerazione

la necessità di testare la padronanza di vari tipi di attività. In cui

i compiti per ciascuna serie di opzioni sono stati selezionati tenendo conto della distribuzione per tipologia

attività presentate nella tabella 4.3.

1 La variazione del numero di compiti per ciascun argomento è dovuta ai diversi argomenti dei compiti complessi C6 e

compiti A30, testare le competenze metodologiche utilizzando materiali provenienti da diversi rami della fisica, in

varie serie di opzioni.

Tavolo4.3

Distribuzione dei compiti per tipologia di attività

Tipi di attività Quantità

compiti %

1 Comprendere il significato fisico di modelli, concetti, quantità 4-5 10.0-12.5

2 Spiegare i fenomeni fisici, distinguere l'influenza dei diversi

fattori sul verificarsi di fenomeni, manifestazioni di fenomeni in natura o

il loro utilizzo nei dispositivi tecnici e nella vita di tutti i giorni

3 Applicare le leggi della fisica (formule) su cui analizzare i processi

livello di qualità 6-8 15.0-20.0

4 Applicare le leggi della fisica (formule) su cui analizzare i processi

livello calcolato 10-12 25.0-30.0

5 Analizzare i risultati degli studi sperimentali 1-2 2.5-5.0

6 Analizzare le informazioni ottenute da grafici, tabelle, diagrammi,

foto2 10-12 25.0-30.0

7 Risolvere problemi di vari livelli di complessità 13-14 32.5-35.0

Tutti i compiti della prima e della seconda parte del lavoro d'esame sono stati valutati a 1

punteggio primario. Le soluzioni ai problemi della terza parte (C1-C6) sono state verificate da due esperti in

secondo criteri generali di valutazione, tenendo conto della correttezza e

completezza della risposta. Il punteggio massimo per tutte le attività con una risposta dettagliata è stato 3

punti. Il problema veniva considerato risolto se lo studente otteneva almeno 2 punti.

In base ai punti assegnati per il completamento di tutte le attività dell'esame

lavoro, è stato tradotto in punti “test” su una scala di 100 punti e in voti

su una scala a cinque punti. La tabella 4.4 mostra le relazioni tra primari,

punteggi dei test utilizzando un sistema a cinque punti negli ultimi tre anni.

Tavolo4.4

Rapporto del punteggio primario, punteggi dei test e voti scolastici

Anni, punti 2 3 4 5

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

prova 0-32 33-51 52-68 69-100

2006 primarie 0-9 10-19 20-33 34-52

prova 0-34 35-51 52-69 70-100

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

prova 0-33 34-50 51-67 68-100

Un confronto tra i limiti dei punteggi primari mostra che quest'anno sussistono le condizioni

ottenere i voti corrispondenti sono stati più rigorosi rispetto al 2006, ma

corrispondeva approssimativamente alle condizioni del 2005. Ciò era dovuto al fatto che in passato

anno, non solo coloro che intendevano entrare all'università hanno sostenuto l'esame unificato di fisica

nel relativo profilo, ma anche quasi il 20% degli studenti (sul totale di coloro che hanno sostenuto il test),

che hanno studiato fisica a livello base (per loro è stato deciso questo esame

regione obbligatoria).

In totale, per l'esame nel 2007 sono state preparate 40 opzioni,

che erano cinque serie di 8 opzioni, create secondo piani diversi.

La serie di opzioni differiva per elementi e tipi di contenuto controllati

attività per la stessa linea di compiti, ma in generale avevano tutti approssimativamente

2 In questo caso intendiamo la forma di informazione presentata nel testo del compito o distrattori,

pertanto, la stessa attività può testare due tipi di attività.

lo stesso livello medio di difficoltà e corrispondeva al piano d'esame

lavoro riportato nell'Appendice 4.1.

4.2. Caratteristiche dei partecipanti all'Esame di Stato Unificato di Fisica2007 dell'anno

Il numero dei partecipanti all'Esame di Stato Unificato di Fisica quest'anno è stato di 70.052 persone, il che

significativamente inferiore a quello dell’anno precedente e sostanzialmente in linea con gli indicatori

2005 (vedi tabella 4.5). Numero di regioni in cui i laureati hanno sostenuto l'Esame di Stato Unificato

fisica, saliti a 65. È il numero dei laureati che hanno scelto il format fisica

L'Esame di Stato Unificato differisce in modo significativo per le diverse regioni: da 5316 persone. nella Repubblica

Tatarstan fino a 51 persone nel distretto autonomo di Nenets. In percentuale di

al totale dei laureati va da il numero dei partecipanti all'Esame di Stato Unificato di Fisica

dallo 0,34% a Mosca al 19,1% nella regione di Samara.

Tavolo4.5

Numero di partecipanti all'esame

Anno Numero Ragazze Ragazzi

regioni

partecipanti Numero % Numero %

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

L'esame di fisica è scelto prevalentemente da giovani uomini, e solo da un quarto

del numero totale dei partecipanti sono ragazze che hanno scelto di continuare

università di istruzione con un profilo fisico e tecnico.

La distribuzione dei partecipanti all'esame per categoria rimane praticamente invariata di anno in anno.

tipologie di insediamenti (vedi tabella 4.6). Quasi la metà dei laureati che hanno preso

Esame di Stato Unificato di Fisica, vive nelle grandi città e solo il 20% sono studenti che l'hanno completato

scuole rurali.

Tavolo4.6

Distribuzione dei partecipanti all'esame per tipologia di liquidazione, in quale

si trovano le loro istituzioni educative

Numero di esaminati Percentuale

Tipo di località dei candidati

Insediamento rurale (villaggio,

villaggio, cascina, ecc.) 13.767 18.107 14.281 20,0 20,0 20,4

Insediamento urbano

(villaggio operaio, villaggio urbano

tipo, ecc.)

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

Città con meno di 50mila abitanti 7.427 10.810 7.965 10,8 12,0 11,4

Città con una popolazione di 50-100 mila abitanti 6.063 8.757 7.088 8,8 9,7 10,1

Città con una popolazione di 100-450 mila abitanti 16.195 17.673 14.630 23,5 19,5 20,9

Città con una popolazione di 450-680 mila abitanti 7.679 11.799 7.210 11,1 13,1 10,3

Una città con una popolazione di oltre 680mila abitanti.

persone 13.005 14.283 13.807 18,9 15,8 19,7

San Pietroburgo – 72 7 – 0,1 0,01

Mosca – 224 259 – 0,2 0,3

Nessun dato – 339 – – 0,4 –

Totale 68.916 90.389 70.052 100% 100% 100%

3 Nel 2006, in una delle regioni, gli esami di ammissione alle università di fisica si sono svolti solo in

Formato dell'Esame di Stato Unificato. Ciò ha comportato un aumento così significativo del numero di partecipanti all’Esame di Stato Unificato.

La composizione dei partecipanti agli esami per tipo di istruzione rimane pressoché invariata.

istituzioni (vedi tabella 4.7). Come l’anno scorso, la stragrande maggioranza

dei soggetti testati si è diplomato in istituti di istruzione generale e solo il 2% circa

i laureati sono venuti all'esame da istituti di istruzione primaria o

istruzione professionale secondaria.

Tavolo4.7

Distribuzione dei partecipanti all'esame per tipologia di istituto scolastico

Numero

esaminandi

Per cento

Tipo di istituto di istruzione degli esaminandi

2006 G. 2007 G. 2006 G. 2007 G.

Istituti di istruzione generale 86.331 66.849 95,5 95,4

Istruzione generale serale (turno).

istituzioni 487 369 0,5 0,5

Convitto per l'istruzione generale,

scuola per cadetti, collegio con

addestramento iniziale al volo

1 144 1 369 1,3 2,0

Istituzioni educative delle scuole primarie e

istruzione professionale secondaria 1.469 1.333 1,7 1,9

Nessun dato 958 132 1,0 0,2

Totale: 90.389 70.052 100% 100%

4.3. I principali risultati della prova d'esame di fisica

In generale, i risultati del lavoro di esame nel 2007 erano

leggermente superiore rispetto ai risultati dello scorso anno, ma approssimativamente allo stesso livello di

indicatori del penultimo anno. La tabella 4.8 mostra i risultati dell’Esame di Stato Unificato di Fisica del 2007.

su una scala a cinque punti, e nella Tabella 4.9 e Fig. 4.1 – basato su punteggi dei test pari a 100-

scala di punti. Per chiarezza di confronto, i risultati sono presentati a confronto con

i due anni precedenti.

Tavolo4.8

Distribuzione dei partecipanti all'esame per livello

preparazione(percentuale del totale)

Anni “2” Voto “p3o” 5 punti “b4n” sulla scala “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%

Tavolo4.9

Distribuzione dei partecipanti all'esame

sulla base dei punteggi dei test ottenuti in2005-2007 aa.

Anno Intervallo della scala del punteggio del test

scambio 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

Punteggio del test

Percentuale di studenti che hanno ricevuto

punteggio del test corrispondente

Riso. 4.1 Distribuzione dei partecipanti all'esame in base ai punteggi dei test ricevuti

La tabella 4.10 mostra il confronto della scala in punti test su 100

scala con i risultati del completamento delle attività nella versione dell'esame nella scuola primaria

Tavolo4.10

Confronto degli intervalli dei punteggi primari e dei test in2007 anno

Intervallo di scala

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

Intervallo di scala

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

Per ricevere 35 punti (punteggio 3, punteggio primario – 13) il candidato

È bastato rispondere correttamente alle 13 domande più semplici della prima parte

lavoro. Per ottenere 65 punti (punteggio 4, punteggio iniziale - 34), un laureato deve

è stato, ad esempio, rispondere correttamente a 25 domande a scelta multipla e risolverne tre su quattro

problemi con una risposta breve e affrontare anche due problemi di alto livello

le difficoltà. Coloro che hanno ricevuto 85 punti (punteggio 5, punteggio primario – 46)

ha eseguito perfettamente la prima e la seconda parte del lavoro e risolto almeno quattro problemi

terza parte.

Il meglio del meglio (intervallo da 91 a 100 punti) non ha solo bisogno

navigare liberamente in tutte le questioni del corso di fisica scolastica, ma anche praticamente

Evita anche gli errori tecnici. Quindi, per ottenere 94 punti (punteggio primario

– 49) era possibile “non ottenere” solo 3 punti primari, consentendo, ad esempio,

errori aritmetici durante la risoluzione di uno dei problemi di alto livello di complessità

e commetti un errore nel rispondere a due domande a scelta multipla.

Purtroppo quest’anno non si è registrato alcun aumento nel numero dei laureati che hanno guadagnato

Secondo i risultati dell'Esame di Stato Unificato di Fisica, il punteggio più alto possibile. Nella tabella 4.11

Viene fornito il numero di 100 puntatori negli ultimi quattro anni.

Tavolo4.11

Numero di partecipanti al test, che ha ottenuto il punteggio in base ai risultati dell'esame100 punti

Anno 2004 2005 2006 2007

Numero di studenti 6 23 33 28

I leader di quest'anno sono 27 ragazzi e una sola ragazza (Romanova A.I. da

Scuola secondaria Novovoronezh n. 1). Come l'anno scorso, tra i diplomati del Liceo n. 153

Ufa: due studenti contemporaneamente che hanno segnato 100 punti. Gli stessi risultati (due 100-

Palestra n. 4 dal nome COME. Pushkin a Yoshkar-Ola.

Molti fenomeni naturali indicano il movimento caotico di microparticelle, molecole e atomi di materia. Maggiore è la temperatura della sostanza, più intenso è questo movimento. Pertanto, il calore di un corpo è un riflesso del movimento casuale delle molecole e degli atomi che lo costituiscono.

La prova che tutti gli atomi e le molecole di una sostanza sono in movimento costante e casuale può essere la diffusione: la compenetrazione di particelle di una sostanza in un'altra (vedi Fig. 20a). Pertanto, l'odore si diffonde rapidamente in tutta la stanza anche in assenza di movimento d'aria. Una goccia d'inchiostro trasforma rapidamente l'intero bicchiere d'acqua in un nero uniforme, anche se sembrerebbe che la gravità dovrebbe aiutare a colorare il bicchiere solo nella direzione dall'alto verso il basso. La diffusione può essere rilevata anche nei solidi se vengono pressati strettamente insieme e lasciati a lungo. Il fenomeno della diffusione dimostra che le microparticelle di una sostanza sono capaci di movimento spontaneo in tutte le direzioni. Questo movimento delle microparticelle di una sostanza, così come delle sue molecole e atomi, è chiamato movimento termico.

Ovviamente tutte le molecole d'acqua nel bicchiere si muovono anche se al suo interno non c'è alcuna goccia d'inchiostro. Semplicemente, la diffusione dell'inchiostro rende evidente il movimento termico delle molecole. Un altro fenomeno che permette di osservare il movimento termico e persino di valutarne le caratteristiche può essere il moto browniano, che si riferisce al movimento caotico di qualsiasi particella più piccola in un liquido completamente calmo visibile al microscopio. Fu chiamato Browniano in onore del botanico inglese R. Brown, che nel 1827, esaminando al microscopio le spore di polline di una delle piante sospese nell'acqua, scoprì che si muovevano continuamente e caoticamente.

L'osservazione di Brown è stata confermata da molti altri scienziati. Si è scoperto che il moto browniano non è associato né ai flussi nel liquido né alla sua graduale evaporazione. Le particelle più piccole (erano anche chiamate browniane) si comportavano come se fossero vive, e questa “danza” di particelle accelerava con il riscaldamento del liquido e con la diminuzione delle dimensioni delle particelle e, al contrario, rallentava quando si sostituiva l'acqua con un mezzo più viscoso. Il movimento browniano era particolarmente evidente quando veniva osservato nel gas, ad esempio seguendo particelle di fumo o goccioline di nebbia nell'aria. Questo straordinario fenomeno non si è mai fermato e poteva essere osservato per tutto il tempo desiderato.

Una spiegazione del movimento browniano fu data solo nell'ultimo quarto del XIX secolo, quando divenne ovvio a molti scienziati che il movimento di una particella browniana è causato da impatti casuali di molecole del mezzo (liquido o gas) sottoposte a movimento termico ( vedere Fig. 20b). In media, le molecole del mezzo colpiscono una particella browniana da tutte le direzioni con la stessa forza, tuttavia, questi impatti non si annullano mai esattamente a vicenda e, di conseguenza, la velocità della particella browniana varia casualmente in grandezza e direzione. Pertanto, la particella browniana si muove lungo un percorso a zigzag. Inoltre, quanto più piccole sono le dimensioni e la massa di una particella browniana, tanto più evidente diventa il suo movimento.

Nel 1905, A. Einstein creò la teoria del moto browniano, ritenendo che in ogni dato momento l'accelerazione di una particella browniana dipende dal numero di collisioni con le molecole del mezzo, il che significa che dipende dal numero di molecole per unità volume del mezzo, cioè dal numero di Avogadro. Einstein derivò una formula con la quale era possibile calcolare come cambia nel tempo il quadrato medio dello spostamento di una particella browniana, se si conosce la temperatura del mezzo, la sua viscosità, la dimensione della particella e il numero di Avogadro, che era ancora sconosciuto in quel momento. La validità di questa teoria di Einstein fu confermata sperimentalmente da J. Perrin, che per primo ottenne il valore del numero di Avogadro. Pertanto, l'analisi del moto browniano ha gettato le basi della moderna teoria cinetica molecolare della struttura della materia.

Domande di revisione:

· Cos'è la diffusione e in che modo è correlata al movimento termico delle molecole?

· Cos'è chiamato moto browniano, ed è termico?

· Come cambia la natura del moto browniano quando viene riscaldato?

Riso. 20. (a) – la parte superiore mostra molecole di due gas diversi separate da un setto, che viene rimosso (vedi parte inferiore), dopodiché inizia la diffusione; (b) nella parte inferiore sinistra c'è una rappresentazione schematica di una particella browniana (blu), circondata da molecole del mezzo, le collisioni con le quali provocano il movimento della particella (vedi tre traiettorie della particella).

§ 21. FORZE INTERMOLECOLARI: STRUTTURA DEI CORPI GASSOSI, LIQUIDI E SOLIDI

Siamo abituati al fatto che il liquido può essere versato da un recipiente all'altro e il gas riempie rapidamente l'intero volume fornito. L'acqua può scorrere solo lungo il letto del fiume e l'aria sopra di essa non conosce confini. Se il gas non cercasse di occupare tutto lo spazio intorno a noi, soffocheremmo, perché... L’anidride carbonica che espiriamo si accumulerebbe vicino a noi, impedendoci di prendere una boccata d’aria fresca. Sì, e presto le macchine si fermerebbero per lo stesso motivo, perché... Hanno anche bisogno di ossigeno per bruciare carburante.

Perché un gas, a differenza di un liquido, riempie l'intero volume che gli viene fornito? Esistono forze di attrazione intermolecolari tra tutte le molecole, la cui entità diminuisce molto rapidamente man mano che le molecole si allontanano l'una dall'altra, e quindi a una distanza pari a diversi diametri molecolari non interagiscono affatto. È facile dimostrare che la distanza tra le molecole di gas vicine è molte volte maggiore di quella di un liquido. Utilizzando la formula (19.3) e conoscendo la densità dell'aria (r=1,29 kg/m3) a pressione atmosferica e la sua massa molare (M=0,029 kg/mol), possiamo calcolare la distanza media tra le molecole dell'aria, che sarà pari a 6.1.10- 9 m, ovvero venti volte la distanza tra le molecole d'acqua.

Pertanto, tra le molecole liquide situate quasi vicine l'una all'altra, agiscono forze attrattive che impediscono a queste molecole di disperdersi in direzioni diverse. Al contrario, le insignificanti forze di attrazione tra le molecole di gas non sono in grado di tenerle insieme, e quindi i gas possono espandersi, riempiendo l'intero volume loro fornito. L'esistenza di forze attrattive intermolecolari può essere verificata eseguendo un semplice esperimento: premendo due barre di piombo l'una contro l'altra. Se le superfici di contatto sono sufficientemente lisce, le barre aderiranno tra loro e sarà difficile separarle.

Tuttavia, le sole forze di attrazione intermolecolari non possono spiegare tutte le differenze tra le proprietà delle sostanze gassose, liquide e solide. Perché, ad esempio, è molto difficile ridurre il volume di un liquido o di un solido, mentre è relativamente facile comprimere un palloncino? Ciò è spiegato dal fatto che tra le molecole non ci sono solo forze attrattive, ma anche forze repulsive intermolecolari, che agiscono quando i gusci elettronici degli atomi delle molecole vicine iniziano a sovrapporsi. Sono queste forze repulsive che impediscono ad una molecola di penetrare in un volume già occupato da un'altra molecola.

Quando un corpo liquido o solido non è soggetto a forze esterne, la distanza tra le loro molecole è tale (vedi r0 in Fig. 21a) alla quale le forze risultanti di attrazione e repulsione sono pari a zero. Se si tenta di ridurre il volume di un corpo, la distanza tra le molecole diminuisce e le risultanti maggiori forze repulsive iniziano ad agire dal lato del corpo compresso. Al contrario, quando un corpo viene allungato, le forze elastiche che si generano sono associate ad un relativo aumento delle forze di attrazione, perché quando le molecole si allontanano l'una dall'altra, le forze repulsive cadono molto più velocemente delle forze attrattive (vedi Fig. 21a).

Le molecole di gas si trovano a distanze decine di volte maggiori delle loro dimensioni, per cui queste molecole non interagiscono tra loro e quindi i gas vengono compressi molto più facilmente rispetto ai liquidi e ai solidi. I gas non hanno alcuna struttura specifica e sono un insieme di molecole in movimento e in collisione (vedi Fig. 21b).

Un liquido è un insieme di molecole quasi strettamente adiacenti tra loro (vedi Fig. 21c). Il movimento termico consente a una molecola liquida di cambiare di tanto in tanto i suoi vicini, saltando da un luogo all'altro. Questo spiega la fluidità dei liquidi.

Gli atomi e le molecole dei solidi sono privati ​​della capacità di cambiare i loro vicini e il loro movimento termico è costituito solo da piccole fluttuazioni rispetto alla posizione degli atomi o delle molecole vicini (vedere Fig. 21d). L'interazione tra gli atomi può portare al fatto che un solido diventa un cristallo e gli atomi in esso contenuti occupano posizioni nei siti del reticolo cristallino. Poiché le molecole dei corpi solidi non si muovono rispetto a quelle vicine, questi corpi mantengono la loro forma.

Domande di revisione:

· Perché le molecole del gas non si attraggono?

· Quali proprietà dei corpi determinano le forze intermolecolari di repulsione e attrazione?

Come si spiega la fluidità di un liquido?

· Perché tutti i solidi mantengono la loro forma?

§ 22. GAS IDEALE. EQUAZIONE FONDAMENTALE DELLA TEORIA MOLECOLARE-CINETICA DEI GAS.