ฟิสิกส์. โมเลกุล การจัดเรียงโมเลกุลในระยะก๊าซ ของเหลว และของแข็ง

1. 
   
   
2. ในสถานะก๊าซ โมเลกุลจะไม่เชื่อมต่อถึงกันและอยู่ห่างจากกันมาก การเคลื่อนไหวของบราวเนียน ก๊าซสามารถถูกอัดได้ค่อนข้างง่าย
   ในของเหลวโมเลกุลจะอยู่ใกล้กันและสั่นสะเทือนด้วยกัน แทบจะบีบอัดไม่ได้เลย
   ในของแข็ง โมเลกุลจะถูกจัดเรียงตามลำดับที่เข้มงวด (ในโครงผลึก) และไม่มีการเคลื่อนที่ของโมเลกุล ไม่สามารถบีบอัดได้
3. โครงสร้างของสสารและจุดเริ่มต้นของเคมี:
   http://samlib.ru/a/anemow_e_m/aa0.shtml
   (โดยไม่ต้องลงทะเบียนและส่งข้อความ SMS ในรูปแบบข้อความที่สะดวก: คุณสามารถใช้ Ctrl+C)
4. เป็นไปไม่ได้ที่จะตกลงกันว่าในโมเลกุลของสถานะของแข็งจะไม่เคลื่อนที่

   การเคลื่อนที่ของโมเลกุลในก๊าซ

   ในก๊าซ ระยะห่างระหว่างโมเลกุลและอะตอมมักจะมากกว่าขนาดของโมเลกุลอย่างมาก และแรงดึงดูดก็มีน้อยมาก ดังนั้นก๊าซจึงไม่มีรูปร่างและปริมาตรไม่คงที่ ก๊าซถูกบีบอัดได้ง่ายเนื่องจากแรงผลักในระยะไกลก็มีน้อยเช่นกัน ก๊าซมีคุณสมบัติในการขยายตัวอย่างไม่มีกำหนดโดยเติมปริมาตรทั้งหมดที่ให้ไว้ โมเลกุลของก๊าซเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมาก ชนกัน และกระเด้งออกจากกันในทิศทางที่ต่างกัน ผลกระทบมากมายของโมเลกุลบนผนังของถังทำให้เกิดแรงดันแก๊ส

   การเคลื่อนที่ของโมเลกุลในของเหลว

   ในของเหลว โมเลกุลไม่เพียงแต่แกว่งไปมารอบตำแหน่งสมดุลเท่านั้น แต่ยังกระโดดจากตำแหน่งสมดุลหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งด้วย การกระโดดเหล่านี้เกิดขึ้นเป็นระยะ ช่วงเวลาระหว่างการกระโดดดังกล่าวเรียกว่าเวลาเฉลี่ยของชีวิตที่อยู่ประจำ (หรือเวลาพักผ่อนโดยเฉลี่ย) และเขียนแทนด้วยตัวอักษร ? กล่าวอีกนัยหนึ่ง เวลาผ่อนคลายคือเวลาของการแกว่งรอบตำแหน่งสมดุลเฉพาะจุดหนึ่ง ที่อุณหภูมิห้องคราวนี้เฉลี่ย 10-11 วิ เวลาของการสั่นหนึ่งครั้งคือ 10-1210-13 วินาที

   เวลาของชีวิตอยู่ประจำที่ลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ระยะห่างระหว่างโมเลกุลของของเหลวมีขนาดเล็กกว่าขนาดโมเลกุล อนุภาคอยู่ใกล้กัน และแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลมีความแข็งแรง อย่างไรก็ตาม การจัดเรียงโมเลกุลของเหลวไม่ได้ถูกจัดเรียงอย่างเคร่งครัดตลอดปริมาตร

   ของเหลว เช่น ของแข็ง จะคงปริมาตรไว้ แต่ไม่มีรูปร่างเป็นของตัวเอง ดังนั้นพวกมันจึงมีรูปทรงของเรือที่พวกเขาอยู่ ของเหลวมีคุณสมบัติของการไหล ด้วยคุณสมบัตินี้ ของเหลวจึงไม่ต้านทานการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง ถูกบีบอัดเล็กน้อย และคุณสมบัติทางกายภาพของมันจะเหมือนกันทุกทิศทางภายในของเหลว (ไอโซโทรปีของของเหลว) ธรรมชาติของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลในของเหลวเกิดขึ้นครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวโซเวียต ยาโคฟ อิลิช เฟรงเคิล (พ.ศ. 2437-2495)

   การเคลื่อนที่ของโมเลกุลในของแข็ง

   โมเลกุลและอะตอมของของแข็งถูกจัดเรียงตามลำดับที่แน่นอนและก่อตัวเป็นโครงตาข่ายคริสตัล ของแข็งดังกล่าวเรียกว่าผลึก อะตอมมีการเคลื่อนที่แบบสั่นสะเทือนรอบตำแหน่งสมดุล และแรงดึงดูดระหว่างพวกมันนั้นแข็งแกร่งมาก ดังนั้นของแข็งภายใต้สภาวะปกติจะคงปริมาตรและมีรูปร่างของตัวเองไว้

5. ในก๊าซ - พวกมันเคลื่อนที่แบบสุ่มพวกมันเปิด
   ในของเหลว - เคลื่อนที่ไปตามกัน
   ในของแข็งพวกมันจะไม่เคลื่อนที่

โมเลกุลมีขนาดเล็กมาก โมเลกุลธรรมดาไม่สามารถมองเห็นได้แม้จะใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงที่ทรงพลังที่สุด แต่พารามิเตอร์บางตัวของโมเลกุลสามารถคำนวณได้ค่อนข้างแม่นยำ (มวล) และบางตัวสามารถประมาณได้คร่าวๆ เท่านั้น (ขนาด ความเร็ว) และก็จะยัง มาทำความเข้าใจกันดีกว่าว่า "ขนาด" คืออะไร โมเลกุล" และ "ความเร็วของโมเลกุล" แบบไหนที่เรากำลังพูดถึง ดังนั้น มวลของโมเลกุลจึงหาได้ว่าเป็น “มวลของหนึ่งโมล” / “จำนวนโมเลกุลในหนึ่งโมล” ตัวอย่างเช่น สำหรับโมเลกุลของน้ำ m = 0.018/6·1023 = 3·10-26 กก. (คุณสามารถคำนวณได้แม่นยำยิ่งขึ้น - ทราบจำนวนอโวกาโดรด้วยความแม่นยำดี และมวลโมลาร์ของโมเลกุลใดๆ ก็หาได้ง่าย)
การประมาณขนาดของโมเลกุลเริ่มต้นด้วยคำถามว่าอะไรคือขนาดของโมเลกุล หากเธอเป็นลูกบาศก์ที่ขัดเงาอย่างสมบูรณ์แบบ! อย่างไรก็ตาม มันไม่ใช่ทั้งลูกบาศก์หรือลูกบอล และโดยทั่วไปแล้ว มันไม่ได้กำหนดขอบเขตไว้อย่างชัดเจน จะทำอย่างไรในกรณีเช่นนี้? เริ่มจากระยะไกลกันก่อน ลองประมาณขนาดของวัตถุที่คุ้นเคยมากกว่า - เด็กนักเรียน เราเคยเห็นเด็กนักเรียนมาลองเอามวลของเด็กนักเรียนโดยเฉลี่ยเป็น 60 กิโลกรัม (แล้วเราจะดูว่าตัวเลือกนี้มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อผลลัพธ์หรือไม่) ความหนาแน่นของเด็กนักเรียนจะประมาณเท่ากับน้ำ (จำไว้ คือถ้าหายใจเข้าลึกๆ แล้วหลังจากนั้นก็ “ห้อย” ลงไปในน้ำได้ จมน้ำได้เกือบหมด และถ้าหายใจออก ก็เริ่มจมน้ำทันที) ตอนนี้คุณสามารถหาปริมาตรของเด็กนักเรียนได้แล้ว: V = 60/1,000 = 0.06 ลูกบาศก์เมตร เมตร หากตอนนี้เราถือว่านักเรียนมีรูปร่างของลูกบาศก์ ขนาดของมันจะถือเป็นรากที่สามของปริมาตร กล่าวคือ ประมาณ 0.4 ม. นี่คือขนาดที่ปรากฏ - น้อยกว่าความสูง (ขนาด "ความสูง") มากกว่าความหนา (ขนาด "ความลึก") ถ้าเราไม่รู้อะไรเกี่ยวกับรูปร่างของเด็กนักเรียน เราก็จะไม่พบอะไรที่ดีไปกว่าคำตอบนี้ (แทนที่จะใช้ลูกบาศก์ เราก็สามารถหยิบลูกบอลขึ้นมาได้ แต่คำตอบจะเท่ากันโดยประมาณ และคำนวณเส้นผ่านศูนย์กลาง ของลูกบอลยากกว่าขอบลูกบาศก์) แต่หากเรามีข้อมูลเพิ่มเติม (เช่น จากการวิเคราะห์ภาพถ่าย) คำตอบก็จะสมเหตุสมผลมากขึ้น แจ้งให้ทราบว่า "ความกว้าง" ของเด็กนักเรียนโดยเฉลี่ยน้อยกว่าความสูงของเขาโดยเฉลี่ยสี่เท่าและ "ความลึก" ของเขาน้อยกว่าสามเท่า จากนั้น Н*Н/4*Н/12 = V ดังนั้น Н = 1.5 m (ไม่มีประเด็นใดที่จะคำนวณค่าที่กำหนดไว้ไม่ดีได้แม่นยำกว่านี้ โดยอาศัยความสามารถของเครื่องคิดเลขใน "การคำนวณ" ดังกล่าว แค่ไม่รู้หนังสือ!) เราได้รับการประเมินความสูงของเด็กนักเรียนอย่างสมเหตุสมผล หากเรามีน้ำหนักประมาณ 100 กิโลกรัม (และมีเด็กนักเรียนอยู่ด้วย!) เราจะได้ประมาณ 1.7 - 1.8 ม. - ก็ค่อนข้างสมเหตุสมผลเช่นกัน
ตอนนี้ให้เราประมาณขนาดของโมเลกุลของน้ำ เรามาค้นหาปริมาตรต่อโมเลกุลใน "น้ำของเหลว" กัน โดยในนั้นโมเลกุลจะอัดกันหนาแน่นที่สุด (กดให้ชิดกันมากกว่าในสถานะของแข็ง "น้ำแข็ง") น้ำ 1 โมลมีมวล 18 กรัม และมีปริมาตร 18 ลูกบาศก์เมตร เซนติเมตร จากนั้นปริมาตรต่อโมเลกุลคือ V = 18·10-6/6·1023 = 3·10-29 ลบ.ม. หากเราไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับรูปร่างของโมเลกุลของน้ำ (หรือหากเราไม่ต้องการคำนึงถึงรูปร่างที่ซับซ้อนของโมเลกุล) วิธีที่ง่ายที่สุดคือพิจารณาให้เป็นลูกบาศก์แล้วหาขนาดให้ตรงตามที่เราเพิ่งค้นพบ ขนาดลูกบาศก์นักเรียน: d= (V)1/3 = 3·10-10 ม. คุณสามารถประเมินอิทธิพลของรูปร่างของโมเลกุลที่ค่อนข้างซับซ้อนต่อผลการคำนวณได้เช่น: คำนวณขนาดโมเลกุลของน้ำมันเบนซินโดยนับโมเลกุลเป็นลูกบาศก์ - จากนั้นทำการทดลองโดยดูที่พื้นที่ของ จากหยดน้ำมันเบนซินบนผิวน้ำ เมื่อพิจารณาว่าฟิล์มเป็น "พื้นผิวของเหลวมีความหนา 1 โมเลกุล" และเมื่อทราบมวลของหยด เราก็สามารถเปรียบเทียบขนาดที่ได้จากทั้งสองวิธีนี้ได้ ผลลัพธ์จะเป็นประโยชน์มาก!
แนวคิดที่ใช้ยังเหมาะสำหรับการคำนวณที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ให้เราประมาณระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโมเลกุลข้างเคียงของก๊าซทำให้บริสุทธิ์สำหรับกรณีเฉพาะ - ไนโตรเจนที่ความดัน 1 atm และอุณหภูมิ 300K เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้เราหาปริมาตรต่อโมเลกุลในก๊าซนี้ แล้วทุกอย่างจะกลายเป็นเรื่องง่าย ลองนำไนโตรเจนหนึ่งโมลภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้แล้วหาปริมาตรของส่วนที่ระบุในเงื่อนไข แล้วหารปริมาตรนี้ด้วยจำนวนโมเลกุล: V= R·T/P·NA= 8.3·300/105· 6·1023 = 4·10 -26 ลบ.ม. สมมติว่าปริมาตรถูกแบ่งออกเป็นเซลล์ลูกบาศก์ที่อัดแน่น และแต่ละโมเลกุล "โดยเฉลี่ย" อยู่ที่ศูนย์กลางของเซลล์ จากนั้นระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโมเลกุลข้างเคียง (ใกล้ที่สุด) จะเท่ากับขอบของเซลล์ลูกบาศก์: d = (V)1/3 = 3·10-9 m จะเห็นได้ว่าก๊าซนั้นทำให้บริสุทธิ์ - ด้วยความสัมพันธ์ดังกล่าว ระหว่างขนาดของโมเลกุลและระยะห่างระหว่าง "เพื่อนบ้าน" โมเลกุลจะมีขนาดค่อนข้างเล็ก - ประมาณ 1/1,000 ส่วนของปริมาตรของหลอดเลือด ในกรณีนี้เราก็ทำการคำนวณโดยประมาณเช่นกัน - ไม่มีประเด็นใดในการคำนวณค่าที่ไม่เฉพาะเจาะจงมากเช่น "ระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโมเลกุลข้างเคียง" ให้แม่นยำยิ่งขึ้น

กฎหมายก๊าซและพื้นฐานของไอซีที

หากก๊าซทำให้บริสุทธิ์เพียงพอ (และนี่เป็นเรื่องปกติ เรามักจะต้องจัดการกับก๊าซที่ทำให้บริสุทธิ์) การคำนวณเกือบทั้งหมดจะทำโดยใช้สูตรที่เชื่อมต่อความดัน P ปริมาตร V ปริมาณของก๊าซ ν และอุณหภูมิ T - นี่ เป็น "สถานะสมการของก๊าซในอุดมคติ" P·V= ν·R·T ที่มีชื่อเสียง วิธีค้นหาปริมาณหนึ่งในปริมาณเหล่านี้หากระบุปริมาณที่เหลือทั้งหมดนั้นค่อนข้างง่ายและเข้าใจได้ แต่ปัญหาสามารถกำหนดได้ในลักษณะที่คำถามจะเกี่ยวกับปริมาณอื่น ตัวอย่างเช่น ความหนาแน่นของก๊าซ ดังนั้นภารกิจ: ค้นหาความหนาแน่นของไนโตรเจนที่อุณหภูมิ 300K และความดัน 0.2 atm มาแก้กันเถอะ เมื่อพิจารณาจากสภาพแล้ว ก๊าซค่อนข้างทำให้บริสุทธิ์ (อากาศที่ประกอบด้วยไนโตรเจน 80% และที่ความดันที่สูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญถือได้ว่าเป็นการทำให้บริสุทธิ์ เราหายใจมันได้อย่างอิสระและผ่านเข้าไปได้ง่าย) และหากไม่เป็นเช่นนั้น เราก็ไม่มี ไม่มีสูตรอื่นใด เราใช้สูตรโปรดนี้ เงื่อนไขไม่ได้ระบุปริมาตรของก๊าซส่วนใดส่วนหนึ่งเราจะระบุเอง ลองใช้ไนโตรเจน 1 ลูกบาศก์เมตรแล้วหาปริมาณก๊าซในปริมาตรนี้ เมื่อทราบมวลโมลของไนโตรเจน M = 0.028 กิโลกรัม/โมล เราจะพบมวลของส่วนนี้ และปัญหาก็ได้รับการแก้ไข ปริมาณก๊าซ ν= P·V/R·T มวล m = ν·М = М·P·V/R·T ดังนั้นความหนาแน่น ρ= m/V = М·P/R·T = 0.028·20000/ ( 8.3·300) อยู่ที่ 0.2 กก./ลบ.ม. ปริมาตรที่เราเลือกไม่ได้รวมอยู่ในคำตอบ เราเลือกมันด้วยเหตุผลเฉพาะเจาะจง - ง่ายกว่าที่จะให้เหตุผลด้วยวิธีนี้ เนื่องจากคุณไม่จำเป็นต้องตระหนักทันทีว่าปริมาตรสามารถเป็นอะไรก็ได้ แต่ความหนาแน่นจะเท่ากัน อย่างไรก็ตาม คุณสามารถทราบได้ว่า “การเพิ่มปริมาตร เช่น เพิ่มขึ้น 5 เท่า เราจะเพิ่มปริมาณก๊าซได้ 5 เท่าพอดี ดังนั้น ไม่ว่าเราจะใช้ปริมาตรเท่าใด ความหนาแน่นก็จะเท่าเดิม” คุณสามารถเขียนสูตรที่คุณชื่นชอบใหม่ได้ โดยแทนที่ด้วยนิพจน์ของปริมาณก๊าซที่ผ่านมวลของก๊าซส่วนหนึ่งและมวลโมลาร์: ν = m/M จากนั้นอัตราส่วน m/V = M P/R T จะแสดงทันที และนี่คือความหนาแน่น เป็นไปได้ที่จะใช้ก๊าซหนึ่งโมลและค้นหาปริมาตรที่มันครอบครองหลังจากนั้นจึงพบความหนาแน่นทันทีเนื่องจากทราบมวลของโมล โดยทั่วไป ยิ่งปัญหาง่ายขึ้นเท่าใด วิธีแก้ไขก็จะยิ่งเทียบเท่าและสวยงามมากขึ้นเท่านั้น...
นี่เป็นอีกปัญหาหนึ่งที่อาจดูเหมือนคำถามไม่คาดคิด: ค้นหาความแตกต่างของความกดอากาศที่ความสูง 20 ม. และที่ความสูง 50 ม. เหนือระดับพื้นดิน อุณหภูมิ 00C ความดัน 1 atm. วิธีแก้ไข: หากเราพบความหนาแน่นของอากาศ ρ ภายใต้สภาวะเหล่านี้ ผลต่างของความดัน ∆P = ρ·g·∆H เราพบความหนาแน่นแบบเดียวกับในปัญหาที่แล้ว ปัญหาเดียวคืออากาศเป็นส่วนผสมของก๊าซ สมมติว่าประกอบด้วยไนโตรเจน 80% และออกซิเจน 20% เราจะพบมวลของโมลของส่วนผสม: m = 0.8 · 0.028 + 0.2 0.032 พรีเมี่ยม 0.029 กก. ปริมาตรที่โมลครอบครองคือ V= R·T/P และความหนาแน่นจะพบเป็นอัตราส่วนของปริมาณทั้งสองนี้ จากนั้นทุกอย่างชัดเจนคำตอบจะอยู่ที่ประมาณ 35 Pa
ความหนาแน่นของก๊าซจะต้องถูกคำนวณด้วยเมื่อค้นหา เช่น แรงยกของบอลลูนที่มีปริมาตรที่กำหนด เมื่อคำนวณปริมาณอากาศในถังดำน้ำที่จำเป็นสำหรับการหายใจใต้น้ำในช่วงเวลาหนึ่ง เมื่อคำนวณจำนวน ลาจำเป็นต้องขนส่งไอปรอทจำนวนหนึ่งผ่านทะเลทรายและในกรณีอื่น ๆ อีกมากมาย
แต่งานนั้นซับซ้อนกว่า: กาต้มน้ำไฟฟ้ากำลังเดือดเสียงดังอยู่บนโต๊ะ กำลังไฟ 1,000 วัตต์ อย่างมีประสิทธิภาพ เครื่องทำความร้อน 75% (ส่วนที่เหลือ "ไป" สู่พื้นที่โดยรอบ) ไอพ่นพุ่งออกมาจากพวยกา - พื้นที่ของ "พวยกา" คือ 1 ซม. 2 ประมาณความเร็วของก๊าซในไอพ่นนี้ นำข้อมูลที่จำเป็นทั้งหมดจากตาราง
สารละลาย. สมมติว่าไอน้ำอิ่มตัวก่อตัวขึ้นเหนือน้ำในกาต้มน้ำ จากนั้นมีไอน้ำอิ่มตัวพุ่งออกมาจากพวยกาที่อุณหภูมิ +1,000C ความดันของไอน้ำดังกล่าวคือ 1 atm ทำให้ง่ายต่อการค้นหาความหนาแน่น เมื่อทราบกำลังที่ใช้สำหรับการระเหย Р= 0.75·Р0 = 750 W และความร้อนจำเพาะของการระเหย (การระเหย) r = 2300 kJ/kg เราจะพบมวลของไอน้ำที่เกิดขึ้นในช่วงเวลา τ: m= 0.75Р0·τ/r . เรารู้ความหนาแน่นแล้วจึงหาปริมาตรของไอน้ำจำนวนนี้ได้ง่าย ส่วนที่เหลือชัดเจนแล้ว - ลองนึกภาพปริมาตรนี้ในรูปแบบของคอลัมน์ที่มีพื้นที่หน้าตัด 1 cm2 ความยาวของคอลัมน์นี้หารด้วย τ จะทำให้เรามีความเร็วในการออกเดินทาง (ความยาวนี้หายไปในไม่กี่วินาที ). ดังนั้น ความเร็วของไอพ่นที่ออกจากปากกาต้มน้ำคือ 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) หยาบคาย 5 เมตร/วินาที
(ค) ซิลเบอร์แมน เอ.อาร์.

ให้เราพิจารณาว่าการฉายภาพของแรงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างพวกมันบนเส้นตรงที่เชื่อมต่อศูนย์กลางของโมเลกุลจะเปลี่ยนไปอย่างไรขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างโมเลกุล หากโมเลกุลตั้งอยู่ในระยะทางที่ใหญ่กว่าขนาดของพวกมันหลายเท่า แรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลเหล่านั้นจะไม่มีผลในทางปฏิบัติ แรงอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลนั้นมีพิสัยสั้น

ที่ระยะทางเกิน 2-3 เส้นผ่านศูนย์กลางโมเลกุล แรงผลักจะเป็นศูนย์ มีเพียงแรงดึงดูดเท่านั้นที่เห็นได้ชัดเจน เมื่อระยะทางลดลง แรงดึงดูดจะเพิ่มขึ้น และในขณะเดียวกัน แรงผลักก็เริ่มส่งผลกระทบ แรงนี้จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อเปลือกอิเล็กตรอนของโมเลกุลเริ่มทับซ้อนกัน

รูปที่ 2.10 แสดงการพึ่งพาการฉายภาพแบบกราฟิก เอฟ ร แรงอันตรกิริยาของโมเลกุลที่ระยะห่างระหว่างศูนย์กลาง เกี่ยวกับระยะทาง ร 0 ประมาณเท่ากับผลรวมของรัศมีโมเลกุล เอฟ ร = 0 เนื่องจากแรงดึงดูดมีขนาดเท่ากับแรงผลัก ที่ ร > ร 0 มีแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล เส้นโครงของแรงที่กระทำต่อโมเลกุลด้านขวาจะเป็นลบ ที่ ร < ร 0 มีแรงผลักที่มีค่าการฉายภาพเป็นบวก เอฟ ร .

ต้นกำเนิดของแรงยืดหยุ่น

การพึ่งพาแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลในระยะห่างระหว่างพวกมันอธิบายลักษณะของแรงยืดหยุ่นระหว่างการบีบอัดและการยืดตัวของร่างกาย หากคุณพยายามทำให้โมเลกุลเข้าใกล้ในระยะที่น้อยกว่า r0 แรงจะเริ่มทำหน้าที่ขัดขวางการเข้าใกล้ ในทางตรงกันข้าม เมื่อโมเลกุลเคลื่อนที่ออกจากกัน แรงดึงดูดจะทำหน้าที่ทำให้โมเลกุลกลับสู่ตำแหน่งเดิมหลังจากที่อิทธิพลภายนอกสิ้นสุดลง

สำหรับการกระจัดเล็กน้อยของโมเลกุลจากตำแหน่งสมดุล แรงดึงดูดหรือแรงผลักจะเพิ่มขึ้นในแนวเส้นตรงกับการกระจัดที่เพิ่มขึ้น ในพื้นที่ขนาดเล็ก เส้นโค้งถือได้ว่าเป็นส่วนตรง (ส่วนที่หนาขึ้นของเส้นโค้งในรูปที่ 2.10) นั่นคือเหตุผลว่าทำไมเมื่อมีการเปลี่ยนรูปเล็กน้อย กฎของฮุคจึงใช้ได้ โดยที่แรงยืดหยุ่นจะเป็นสัดส่วนกับการเสียรูป ที่การกระจัดของโมเลกุลขนาดใหญ่ กฎของฮุคจะใช้ไม่ได้อีกต่อไป

เนื่องจากระยะห่างระหว่างโมเลกุลทั้งหมดเปลี่ยนแปลงไปเมื่อร่างกายมีรูปร่างผิดปกติ ชั้นโมเลกุลที่อยู่ติดกันจึงมีส่วนสำคัญในการเสียรูปทั้งหมด ดังนั้นกฎของฮุคจึงพอใจกับการเปลี่ยนรูปที่มีขนาดใหญ่กว่าขนาดของโมเลกุลหลายล้านเท่า

กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม

อุปกรณ์ของกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) ขึ้นอยู่กับการกระทำของแรงผลักระหว่างอะตอมและโมเลกุลในระยะทางสั้น ๆ กล้องจุลทรรศน์นี้แตกต่างจากกล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์ตรงที่ช่วยให้คุณได้ภาพพื้นผิวที่ไม่นำกระแสไฟฟ้า แทนที่จะใช้ปลายทังสเตน AFM ใช้ชิ้นส่วนเพชรขนาดเล็กที่ลับให้มีขนาดอะตอม ชิ้นส่วนนี้ได้รับการแก้ไขบนที่ยึดโลหะบาง ๆ เมื่อส่วนปลายเข้าใกล้พื้นผิวที่กำลังศึกษา เมฆอิเล็กตรอนของเพชรและอะตอมของพื้นผิวจะเริ่มทับซ้อนกันและเกิดแรงผลักกัน แรงเหล่านี้เบนเข็มไปที่ปลายเพชร การเบี่ยงเบนจะถูกบันทึกโดยใช้ลำแสงเลเซอร์ที่สะท้อนจากกระจกที่ติดตั้งอยู่บนตัวยึด ลำแสงสะท้อนจะขับเคลื่อนอุปกรณ์ควบคุมเพียโซอิเล็กทริก คล้ายกับอุปกรณ์ควบคุมของกล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์ กลไกป้อนกลับช่วยให้แน่ใจว่าความสูงของเข็มเพชรเหนือพื้นผิวอยู่ในระยะที่ส่วนโค้งของแผ่นตัวยึดยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

ในรูปที่ 2.11 คุณจะเห็นภาพ AFM ของสายโซ่โพลีเมอร์ของกรดอะมิโนอะลานีน แต่ละตุ่มแสดงถึงโมเลกุลของกรดอะมิโนหนึ่งโมเลกุล

ปัจจุบัน กล้องจุลทรรศน์อะตอมได้ถูกสร้างขึ้น โดยการออกแบบขึ้นอยู่กับการกระทำของแรงดึงดูดของโมเลกุลที่ระยะห่างมากกว่าขนาดของอะตอมหลายเท่า แรงเหล่านี้น้อยกว่าแรงผลักใน AFM ประมาณ 1,000 เท่า ดังนั้นจึงใช้ระบบตรวจจับที่ซับซ้อนมากขึ้นเพื่อบันทึกแรง

อะตอมและโมเลกุลประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า เนื่องจากการกระทำของแรงไฟฟ้าในระยะทางสั้น ๆ โมเลกุลจึงถูกดึงดูด แต่จะเริ่มขับไล่เมื่อเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมทับซ้อนกัน

ระยะห่างระหว่างโมเลกุลเทียบได้กับขนาดของโมเลกุล (ภายใต้สภาวะปกติ) สำหรับ

1. ของเหลว วัตถุอสัณฐาน และวัตถุที่เป็นผลึก

   ก๊าซและของเหลว

   ก๊าซ ของเหลว และของแข็งที่เป็นผลึก

ในก๊าซภายใต้สภาวะปกติ ระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโมเลกุลคือ

1. ประมาณเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุล

   มีขนาดเล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุล

   ประมาณ 10 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุล

   ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของแก๊ส

ลำดับที่น้อยที่สุดในการจัดเรียงอนุภาคเป็นลักษณะของ

1. ของเหลว

   ร่างกายที่เป็นผลึก

   ร่างกายอสัณฐาน

ระยะห่างระหว่างอนุภาคข้างเคียงของสสารนั้นโดยเฉลี่ยมากกว่าขนาดของอนุภาคโดยเฉลี่ยหลายเท่า ข้อความนี้สอดคล้องกับโมเดล

1. เฉพาะโมเดลโครงสร้างแก๊สเท่านั้น

   แบบจำลองโครงสร้างของวัตถุอสัณฐานเท่านั้น

   แบบจำลองโครงสร้างของก๊าซและของเหลว

   แบบจำลองโครงสร้างของก๊าซ ของเหลว และของแข็ง

ระหว่างการเปลี่ยนน้ำจากของเหลวเป็นสถานะผลึก

1. ระยะห่างระหว่างโมเลกุลเพิ่มขึ้น

   โมเลกุลเริ่มดึงดูดกัน

   ความเป็นระเบียบเรียบร้อยในการจัดเรียงโมเลกุลเพิ่มขึ้น

   ระยะห่างระหว่างโมเลกุลลดลง

ที่ความดันคงที่ ความเข้มข้นของโมเลกุลก๊าซเพิ่มขึ้น 5 เท่า แต่มวลไม่เปลี่ยนแปลง พลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่เชิงแปลของโมเลกุลก๊าซ

1. ยังไม่เปลี่ยนแปลง

   เพิ่มขึ้น 5 เท่า

   ลดลง 5 เท่า

   เพิ่มขึ้นเป็นรากของห้า

ตารางแสดงจุดหลอมเหลวและจุดเดือดของสารบางชนิด:

สาร	อุณหภูมิเดือด	สาร	อุณหภูมิหลอมละลาย
		แนฟทาลีน

เลือกข้อความที่ถูกต้อง

จุดหลอมเหลวของปรอทสูงกว่าจุดเดือดของอีเธอร์

จุดเดือดของแอลกอฮอล์มีค่าน้อยกว่าจุดหลอมเหลวของปรอท

จุดเดือดของแอลกอฮอล์สูงกว่าจุดหลอมเหลวของแนฟทาลีน

จุดเดือดของอีเทอร์ต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของแนฟทาลีน

อุณหภูมิของของแข็งลดลง 17 ºС ในระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์การเปลี่ยนแปลงนี้คือ

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

9. ถังที่มีปริมาตรคงที่บรรจุก๊าซในอุดมคติจำนวน 2 โมล อุณหภูมิสัมบูรณ์ของถังที่มีก๊าซจะเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อปล่อยก๊าซ 1 โมลออกจากถังเพื่อให้ความดันของก๊าซบนผนังถังเพิ่มขึ้น 2 เท่า

1) เพิ่มขึ้น 2 เท่า 3) เพิ่มขึ้น 4 เท่า

2) ลดลง 2 เท่า 4) ลดลง 4 เท่า

10. ที่อุณหภูมิ T และความดัน p ก๊าซในอุดมคติหนึ่งโมลจะมีปริมาตร V ก๊าซชนิดเดียวกันเมื่อถ่ายในปริมาณ 2 โมล ที่ความดัน 2p และอุณหภูมิ 2T จะมีปริมาตรเป็นเท่าใด

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

11. อุณหภูมิของไฮโดรเจนที่ถ่ายในปริมาณ 3 โมลในภาชนะหนึ่งมีค่าเท่ากับ T อุณหภูมิของออกซิเจนที่ถ่ายในปริมาณ 3 โมลในภาชนะที่มีปริมาตรเท่ากันและที่ความดันเท่ากันคือเท่าใด

1) ที 2) 8T 3) 24 ครั้ง 4) T/8

12. มีก๊าซในอุดมคติอยู่ในภาชนะที่ปิดด้วยลูกสูบ กราฟของการพึ่งพาแรงดันแก๊สกับอุณหภูมิที่มีการเปลี่ยนแปลงสถานะจะแสดงในรูป ก๊าซมีสถานะใดมีปริมาตรน้อยที่สุด

1) ก 2) ข 3) ค 4) ง

13. ถังที่มีปริมาตรคงที่ประกอบด้วยก๊าซในอุดมคติซึ่งมีมวลแตกต่างกันไป แผนภาพแสดงกระบวนการเปลี่ยนสถานะของก๊าซ จุดใดบนแผนภาพมีมวลของก๊าซมากที่สุด?

1) ก 2) ข 3) ค 4) ง

14. ที่อุณหภูมิเดียวกัน ไอน้ำอิ่มตัวในภาชนะปิดจะแตกต่างจากไอน้ำไม่อิ่มตัวในภาชนะเดียวกัน

1) แรงกดดัน

2) ความเร็วการเคลื่อนที่ของโมเลกุล

3) พลังงานเฉลี่ยของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลที่วุ่นวาย

4) ไม่มีก๊าซจากต่างประเทศ

15. จุดใดบนแผนภาพที่ตรงกับแรงดันแก๊สสูงสุด?

มันเป็นไปไม่ได้ที่จะให้คำตอบที่แน่นอน

17. บอลลูนที่มีปริมาตร 2,500 ลูกบาศก์เมตร มีมวลเปลือก 400 กิโลกรัม มีรูที่ด้านล่างซึ่งอากาศในบอลลูนจะถูกทำให้ร้อนด้วยหัวเผา อากาศในบอลลูนจะต้องได้รับความร้อนที่อุณหภูมิต่ำสุดเท่าใดจึงจะสามารถขึ้นบอลลูนพร้อมกับน้ำหนักบรรทุก (ตะกร้าและนักบินอวกาศ) ที่มีน้ำหนัก 200 กิโลกรัม อุณหภูมิอากาศโดยรอบคือ7ºСความหนาแน่น 1.2 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร เปลือกของลูกบอลถือว่าขยายไม่ได้

MCT และอุณหพลศาสตร์

MCT และอุณหพลศาสตร์

สำหรับส่วนนี้ แต่ละตัวเลือกจะรวมห้างานพร้อมตัวเลือก

คำตอบ โดย 4 รายการเป็นระดับพื้นฐานและ 1 รายการเป็นขั้นสูง ขึ้นอยู่กับผลการสอบ

เรียนรู้องค์ประกอบเนื้อหาต่อไปนี้:

การประยุกต์สมการเมนเดเลเยฟ-ชาเปรอง

การขึ้นอยู่กับแรงดันแก๊สต่อความเข้มข้นของโมเลกุลและอุณหภูมิ

ปริมาณความร้อนระหว่างการทำความร้อนและความเย็น (การคำนวณ)

คุณสมบัติของการถ่ายเทความร้อน

ความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศ (คำนวณ);

ทำงานในอุณหพลศาสตร์ (กราฟ);

การประยุกต์สมการแก๊สของสถานะ

ในบรรดางานระดับพื้นฐาน คำถามต่อไปนี้ทำให้เกิดความยุ่งยาก:

1) การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในในกระบวนการไอโซโพรเซสต่างๆ (เช่น ด้วย

ความดันไอโซคอริกเพิ่มขึ้น) – เสร็จสิ้น 50%

2) กราฟไอโซโพรเซส – 56%

ตัวอย่างที่ 5

กระบวนการที่แสดงนี้เกี่ยวข้องกับมวลคงที่ของก๊าซในอุดมคติ

บนภาพ บรรลุถึงแรงดันแก๊สสูงสุดในกระบวนการ

1) ที่จุดที่ 1

2) ตลอดทั้งส่วนที่ 1–2

3) ที่จุดที่ 3

4) ตลอดทั้งส่วนที่ 2–3

คำตอบ: 1

3) การกำหนดความชื้นในอากาศ – 50% งานเหล่านี้มีรูปถ่าย

ไซโครมิเตอร์ตามที่จำเป็นต้องอ่านค่าแบบแห้งและแบบเปียก

เทอร์โมมิเตอร์แล้วจึงกำหนดความชื้นในอากาศโดยใช้ชิ้นส่วน

ตารางไซโครเมทริกที่กำหนดในงาน

4) การใช้กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ งานเหล่านี้กลายเป็นงานที่สำคัญที่สุด

ยากในงานระดับพื้นฐานสำหรับส่วนนี้ – 45% ที่นี่

จำเป็นต้องใช้กราฟเพื่อกำหนดประเภทของไอโซโพรเซส

(ใช้ไอโซเทอร์มหรือไอโซคอร์) และเป็นไปตามนี้

กำหนดพารามิเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งตามพารามิเตอร์ตัวอื่นที่กำหนด

ในบรรดางานระดับสูงมีการนำเสนอปัญหาการคำนวณ

การประยุกต์ใช้สมการสถานะก๊าซซึ่งแล้วเสร็จโดยเฉลี่ย 54%

นักเรียนตลอดจนงานที่ใช้ก่อนหน้านี้เพื่อกำหนดการเปลี่ยนแปลง

พารามิเตอร์ของก๊าซในอุดมคติในกระบวนการที่กำหนดเอง ตกลงกับพวกเขาได้สำเร็จ

มีเพียงกลุ่มผู้สำเร็จการศึกษาที่แข็งแกร่ง และอัตราการสำเร็จโดยเฉลี่ยอยู่ที่ 45%

หนึ่งในงานเหล่านี้ได้รับด้านล่าง

ตัวอย่างที่ 6

ก๊าซในอุดมคติบรรจุอยู่ในภาชนะที่ปิดด้วยลูกสูบ กระบวนการ

การเปลี่ยนแปลงสถานะของก๊าซจะแสดงในแผนภาพ (ดูรูป) ยังไง

ปริมาตรของก๊าซเปลี่ยนแปลงระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะ A เป็นสถานะ B หรือไม่

1) เพิ่มขึ้นตลอดเวลา

2) ลดลงตลอดเวลา

3) เพิ่มขึ้นก่อนแล้วจึงลดลง

4) ลดลงก่อนแล้วจึงเพิ่มขึ้น

คำตอบ: 1

ประเภทกิจกรรม ปริมาณ

งาน %

รูปภาพ2 10-12 25.0-30.0

4. ฟิสิกส์

4.1. ลักษณะของการควบคุมวัสดุการวัดในวิชาฟิสิกส์

2550

งานสอบสำหรับการสอบแบบสหพันธรัฐในปี 2550 มี

โครงสร้างเดียวกันกับช่วงสองปีที่ผ่านมา ประกอบด้วย 40 งาน

ต่างกันที่รูปแบบการนำเสนอและระดับความซับซ้อน ในส่วนแรกของการทำงาน

มีงานแบบปรนัย 30 งานรวมอยู่ด้วย โดยแต่ละงานประกอบไปด้วย

สี่ตัวเลือกคำตอบ ซึ่งมีเพียงตัวเลือกเดียวเท่านั้นที่ถูก ส่วนที่ 2 มี 4

การมอบหมายคำตอบสั้น ๆ เป็นปัญหาการคำนวณหลังจากแก้ไขแล้ว

ซึ่งต้องให้คำตอบเป็นตัวเลข ส่วนที่ 3 ของการสอบ

งาน - นี่คือปัญหาการคำนวณ 6 ข้อซึ่งจำเป็นต้องดำเนินการให้ครบถ้วน

วิธีแก้ปัญหาโดยละเอียด เวลารวมในการทำงานให้เสร็จสิ้นคือ 210 นาที

ตัวกำหนดองค์ประกอบและข้อกำหนดเนื้อหาด้านการศึกษา

เอกสารการสอบถูกรวบรวมบนพื้นฐานของข้อกำหนดขั้นต่ำที่บังคับ

1999 ฉบับที่ 56) และคำนึงถึงองค์ประกอบของรัฐบาลกลางของมาตรฐานของรัฐ

การศึกษาระดับมัธยมศึกษา (สมบูรณ์) ในวิชาฟิสิกส์ระดับเฉพาะ (คำสั่ง MoD ลงวันที่ 5)

มีนาคม 2547 ฉบับที่ 1089) ตัวระบุองค์ประกอบเนื้อหาไม่ได้เปลี่ยนแปลงตาม

เปรียบเทียบกับปี 2549 และรวมเฉพาะองค์ประกอบที่อยู่พร้อมกันเท่านั้น

นำเสนอทั้งในองค์ประกอบของรัฐบาลกลางของมาตรฐานของรัฐ

(ระดับโปรไฟล์, 2004) และในเนื้อหาขั้นต่ำที่บังคับ

การศึกษา พ.ศ. 2542

เปรียบเทียบกับการควบคุมวัสดุการวัดของปี 2549 ในตัวเลือก

ในการสอบ Unified State Exam ปี 2007 มีการเปลี่ยนแปลงสองครั้ง ประการแรกคือการแจกจ่ายซ้ำ

การมอบหมายงานในส่วนแรกของงานตามเนื้อหาเฉพาะเรื่อง ไม่ว่าความยากลำบาก

(ระดับพื้นฐานหรือระดับสูง) งานช่างกลทั้งหมดจะตามมาก่อน

ใน MCT และอุณหพลศาสตร์ ไฟฟ้าพลศาสตร์ และสุดท้ายคือฟิสิกส์ควอนตัม ที่สอง

การเปลี่ยนแปลงนี้เกี่ยวข้องกับการแนะนำการทดสอบงานตามเป้าหมาย

การก่อตัวของทักษะด้านระเบียบวิธี ในปี 2550 งาน A30 ได้ทดสอบทักษะ

วิเคราะห์ผลการศึกษาทดลองแสดงออกมาในรูปแบบ

ตารางหรือกราฟิก ตลอดจนสร้างกราฟตามผลการทดลอง การคัดเลือก

การมอบหมายสำหรับสาย A30 ดำเนินการตามความต้องการในการตรวจสอบในเรื่องนี้

ชุดตัวเลือกสำหรับกิจกรรมประเภทหนึ่งและตามลำดับ โดยไม่คำนึงถึง

ความร่วมมือเฉพาะเรื่องของงานเฉพาะ

ข้อสอบมีทั้งแบบพื้นฐานและขั้นสูง

และระดับความยากสูง งานระดับพื้นฐานทดสอบความชำนาญมากที่สุด

แนวคิดและกฎหมายทางกายภาพที่สำคัญ มีการควบคุมงานระดับสูงขึ้น

ความสามารถในการใช้แนวคิดและกฎหมายเหล่านี้เพื่อวิเคราะห์กระบวนการที่ซับซ้อนมากขึ้นหรือ

ความสามารถในการแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการใช้กฎหมาย (สูตร) ​​หนึ่งหรือสองข้อตามข้อใดข้อหนึ่ง

หัวข้อของหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียน คำนวณงานที่มีความซับซ้อนระดับสูง

งานที่สะท้อนถึงระดับข้อกำหนดสำหรับการสอบเข้ามหาวิทยาลัยและ

ต้องการการประยุกต์ใช้ความรู้จากฟิสิกส์สองหรือสามส่วนพร้อมกันในการแก้ไขหรือ

สถานการณ์ใหม่

KIM ปี 2550 ได้รวมงานไว้ในเนื้อหาพื้นฐานทั้งหมด

ส่วนของหลักสูตรฟิสิกส์:

1) “กลศาสตร์” (จลนศาสตร์ พลศาสตร์ สถิตยศาสตร์ กฎการอนุรักษ์ในกลศาสตร์

การสั่นสะเทือนทางกลและคลื่น)

2) “ฟิสิกส์โมเลกุล อุณหพลศาสตร์";

3) “ไฟฟ้าพลศาสตร์” (ไฟฟ้าสถิต, กระแสตรง, สนามแม่เหล็ก,

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า การสั่นและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เลนส์);

4) “ฟิสิกส์ควอนตัม” (องค์ประกอบของ STR, ความเป็นคู่ของอนุภาคคลื่น, ฟิสิกส์

อะตอม ฟิสิกส์ของนิวเคลียสของอะตอม)

ตาราง 4.1 แสดงการกระจายงานข้ามบล็อกเนื้อหาในแต่ละส่วน

จากส่วนของข้อสอบ

ตารางที่ 4.1

ขึ้นอยู่กับประเภทของงาน

งานทั้งหมด

(มีทางเลือก.

(โดยย่อ

งาน % ปริมาณ

งาน % ปริมาณ

งาน %

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

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

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

4 ฟิสิกส์ควอนตัมและ

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

ตาราง 4.2 แสดงการกระจายงานข้ามบล็อกเนื้อหา

ขึ้นอยู่กับระดับความยาก

โต๊ะ4.2

การแบ่งงานตามหมวดวิชาฟิสิกส์

ขึ้นอยู่กับระดับความยาก

งานทั้งหมด

ระดับพื้นฐานของ

(มีทางเลือก.

สูง

(โดยสามารถเลือกคำตอบได้

และสั้น

ระดับสูง

(พร้อมขยาย

ส่วนคำตอบ)

งาน % ปริมาณ

งาน % ปริมาณ

งาน % ปริมาณ

งาน %

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

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

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

4 ฟิสิกส์ควอนตัมและ

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

เมื่อพัฒนาเนื้อหาของข้อสอบเราคำนึงถึงด้วย

ความจำเป็นในการทดสอบความเชี่ยวชาญในกิจกรรมประเภทต่างๆ โดยที่

งานสำหรับตัวเลือกแต่ละชุดได้รับการคัดเลือกโดยคำนึงถึงการกระจายตามประเภท

กิจกรรมที่นำเสนอในตาราง 4.3

1 การเปลี่ยนแปลงจำนวนงานสำหรับแต่ละหัวข้อเกิดจากหัวข้อที่แตกต่างกันของงานที่ซับซ้อน C6 และ

งาน A30 การทดสอบทักษะด้านระเบียบวิธีโดยใช้เนื้อหาจากสาขาฟิสิกส์ต่างๆ

ตัวเลือกต่างๆ

โต๊ะ4.3

การกระจายงานตามประเภทของกิจกรรม

ประเภทกิจกรรม ปริมาณ

งาน %

1 เข้าใจความหมายทางกายภาพของแบบจ าลอง แนวคิด ปริมาณ 4-5 10.0-12.5

2 อธิบายปรากฏการณ์ทางกายภาพ แยกแยะอิทธิพลของสิ่งที่แตกต่างกัน

ปัจจัยเกี่ยวกับวิถีแห่งปรากฏการณ์ การปรากฏของปรากฏการณ์ในธรรมชาติ หรือ

การใช้งานในอุปกรณ์ทางเทคนิคและชีวิตประจำวัน

3 นำกฎฟิสิกส์ (สูตร) ​​มาประยุกต์ใช้วิเคราะห์กระบวนการต่างๆ

ระดับคุณภาพ 6-8 15.0-20.0

4 นำกฎฟิสิกส์ (สูตร) ​​มาประยุกต์ใช้วิเคราะห์กระบวนการต่างๆ

ระดับการคำนวณ 10-12 25.0-30.0

5 วิเคราะห์ผลการศึกษาทดลอง 1-2 2.5-5.0

6 วิเคราะห์ข้อมูลที่ได้จากกราฟ ตาราง แผนภาพ

รูปภาพ2 10-12 25.0-30.0

7 แก้ปัญหาความซับซ้อนระดับต่างๆ 13-14 32.5-35.0

งานทั้งหมดของส่วนที่หนึ่งและที่สองของงานสอบได้รับการประเมินที่ 1

คะแนนหลัก แนวทางแก้ไขปัญหาในส่วนที่สาม (C1-C6) ได้รับการตรวจสอบโดยผู้เชี่ยวชาญสองคนใน

ตามเกณฑ์การประเมินทั่วไปโดยคำนึงถึงความถูกต้องและ

ความสมบูรณ์ของคำตอบ คะแนนสูงสุดสำหรับงานทั้งหมดที่มีคำตอบโดยละเอียดคือ 3

คะแนน ปัญหาจะถือว่าได้รับการแก้ไขหากนักเรียนได้คะแนนอย่างน้อย 2 คะแนน

ขึ้นอยู่กับคะแนนที่ได้รับจากการทำข้อสอบให้เสร็จสิ้นทั้งหมด

งานได้รับการแปลเป็นคะแนน "ทดสอบ" ในระดับ 100 คะแนนและเป็นเกรด

ในระดับห้าจุด ตารางที่ 4.4 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างระดับประถมศึกษา

คะแนนสอบโดยใช้ระบบห้าจุดในช่วงสามปีที่ผ่านมา

โต๊ะ4.4

อัตราส่วนคะแนนหลัก, คะแนนสอบและเกรดของโรงเรียน

ปี คะแนน 2 3 4 5

2550 ประถมศึกษา 0-11 12-22 23-35 36-52

ทดสอบ 0-32 33-51 52-68 69-100

2549 ประถมศึกษา 0-9 10-19 20-33 34-52

ทดสอบ 0-34 35-51 52-69 70-100

2548 ประถม 0-10 11-20 21-35 36-52

ทดสอบ 0-33 34-50 51-67 68-100

การเปรียบเทียบขอบเขตของคะแนนหลักแสดงให้เห็นว่าปีนี้มีเงื่อนไข

การได้รับเครื่องหมายที่สอดคล้องกันนั้นเข้มงวดกว่าเมื่อเทียบกับปี 2549 แต่

ใกล้เคียงกับเงื่อนไขในปี พ.ศ. 2548 เนื่องจากในอดีต

ไม่เพียงแต่ผู้ที่วางแผนจะเข้ามหาวิทยาลัยเท่านั้นที่สอบรวมวิชาฟิสิกส์

ในโปรไฟล์ที่เกี่ยวข้อง แต่ยังเกือบ 20% ของนักเรียน (ของจำนวนผู้เข้าสอบทั้งหมด)

ผู้เรียนฟิสิกส์ในระดับพื้นฐาน (สำหรับพวกเขา ข้อสอบนี้ได้รับการตัดสิน

ภาคบังคับ)

มีการเตรียมตัวเลือกสำหรับการสอบทั้งหมด 40 รายการในปี 2550

ซึ่งเป็นห้าชุดจาก 8 ตัวเลือกที่สร้างขึ้นตามแผนที่แตกต่างกัน

ชุดตัวเลือกแตกต่างกันไปตามองค์ประกอบและประเภทเนื้อหาที่ได้รับการควบคุม

กิจกรรมในสายงานเดียวกัน แต่โดยทั่วไปมีทั้งหมดประมาณ

2 ในกรณีนี้ เราหมายถึงรูปแบบของข้อมูลที่นำเสนอในข้อความของงานหรือสิ่งรบกวนสมาธิ

ดังนั้นงานเดียวกันจึงสามารถทดสอบกิจกรรมได้สองประเภท

ระดับความยากเฉลี่ยเท่ากันและสอดคล้องกับแผนการสอบ

งานที่ได้รับในภาคผนวก 4.1

4.2. ลักษณะของการสอบ Unified State ในผู้เข้าร่วมฟิสิกส์2007 ของปี

จำนวนผู้เข้าร่วมการสอบ Unified State ในวิชาฟิสิกส์ในปีนี้คือ 70,052 คน ซึ่ง

ลดลงจากปีก่อนอย่างมีนัยสำคัญและใกล้เคียงกับเครื่องชี้

พ.ศ. 2548 (ดูตาราง 4.5) จำนวนภูมิภาคที่ผู้สำเร็จการศึกษาเข้าสอบ Unified State

ฟิสิกส์ เพิ่มขึ้นเป็น 65 คน จำนวนบัณฑิตที่เลือกฟิสิกส์ในรูปแบบ

การสอบ Unified State แตกต่างกันอย่างมากสำหรับภูมิภาคต่างๆ: จาก 5,316 คน ในสาธารณรัฐ

ตาตาร์สถานมากถึง 51 คน ในเขตปกครองตนเองเนเนตส์ เป็นเปอร์เซ็นต์ของ

ถึงจำนวนผู้สำเร็จการศึกษาทั้งหมด จำนวนผู้เข้าร่วมในการสอบ Unified State ในวิชาฟิสิกส์มีตั้งแต่

0.34% ในมอสโกถึง 19.1% ในภูมิภาคซามารา

โต๊ะ4.5

จำนวนผู้เข้าร่วมสอบ

ปี จำนวน เด็กผู้หญิง เด็กผู้ชาย

ภูมิภาค

ผู้เข้าร่วม จำนวน % จำนวน %

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

ข้อสอบฟิสิกส์ถูกเลือกโดยชายหนุ่มเป็นส่วนใหญ่ และมีเพียงหนึ่งในสี่เท่านั้น

จากจำนวนผู้เข้าร่วมทั้งหมดเป็นสาวๆ ที่ได้เลือกไปต่อ

มหาวิทยาลัยการศึกษาที่มีประวัติทางกายภาพและทางเทคนิค

การกระจายตัวของผู้เข้าร่วมสอบตามหมวดหมู่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงทุกปี

ประเภทของการตั้งถิ่นฐาน (ดูตาราง 4.6) เกือบครึ่งหนึ่งของบัณฑิตที่รับ

ข้อสอบ Unified State สาขาฟิสิกส์ อาศัยอยู่ในเมืองใหญ่ และมีเพียง 20% เท่านั้นที่เป็นนักเรียนที่สำเร็จการศึกษา

โรงเรียนในชนบท

โต๊ะ4.6

การแบ่งผู้เข้าสอบตามประเภทการตั้งถิ่นฐาน, ซึ่งใน

สถาบันการศึกษาตั้งอยู่

จำนวนผู้เข้าสอบ ร้อยละ

ประเภทท้องที่ของผู้เข้าสอบ

การตั้งถิ่นฐานในชนบท (หมู่บ้าน

หมู่บ้าน ไร่นา ฯลฯ) 13,767 18,107 14,281 20.0 20.0 20.4

การตั้งถิ่นฐานในเมือง

(หมู่บ้านทำงาน หมู่บ้านในเมือง

ประเภท ฯลฯ)

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

เมืองที่มีประชากรน้อยกว่า 50,000 คน 7,427 10,810 7,965 10.8 12.0 11.4

เมืองที่มีประชากร 50-100,000 คน 6,063 8,757 7,088 8.8 9.7 10.1

เมืองที่มีประชากร 100-450,000 คน 16,195 17,673 14,630 23.5 19.5 20.9

เมืองที่มีประชากร 450-680,000 คน 7,679 11,799 7,210 11.1 13.1 10.3

เมืองที่มีประชากรมากกว่า 680,000 คน

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

เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก – 72 7 – 0.1 0.01

มอสโก – 224 259 – 0.2 0.3

ไม่มีข้อมูล – 339 – – 0.4 –

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

3 ในปี 2549 ในภูมิภาคใดภูมิภาคหนึ่งมีการสอบเข้ามหาวิทยาลัยในสาขาฟิสิกส์เท่านั้น

รูปแบบการสอบ Unified State ส่งผลให้จำนวนผู้เข้าร่วมการสอบ Unified State เพิ่มขึ้นอย่างมาก

องค์ประกอบของผู้เข้าร่วมสอบตามประเภทการศึกษายังคงไม่เปลี่ยนแปลงเลย

สถาบัน (ดูตาราง 4.7) เช่นเดียวกับปีที่แล้วคนส่วนใหญ่

ของผู้สอบที่สำเร็จการศึกษาจากสถาบันการศึกษาทั่วไป และมีเพียงประมาณ 2% เท่านั้น

ผู้สำเร็จการศึกษามาสอบจากสถาบันการศึกษาระดับประถมศึกษาหรือ

อาชีวศึกษาระดับมัธยมศึกษา

โต๊ะ4.7

การกระจายผู้เข้าสอบตามประเภทของสถาบันการศึกษา

ตัวเลข

ผู้เข้าสอบ

เปอร์เซ็นต์

ประเภทสถาบันการศึกษาของผู้เข้าสอบ

2006 ช. 2007 ช. 2006 ช. 2007 ช.

สถานศึกษาทั่วไป 86,331 66,849 95.5 95.4

ภาคค่ำ (กะ) การศึกษาทั่วไป

สถาบัน 487 369 0.5 0.5

โรงเรียนประจำการศึกษาทั่วไป

โรงเรียนนายร้อย, โรงเรียนประจำด้วย

การฝึกบินเบื้องต้น

1 144 1 369 1,3 2,0

สถาบันการศึกษาระดับประถมศึกษาและ

อาชีวศึกษาระดับมัธยมศึกษา 1,469 1,333 1.7 1.9

ไม่มีข้อมูล 958 132 1.0 0.2

รวม: 90,389 70,052 100% 100%

4.3. ผลสอบหลักวิชาฟิสิกส์

โดยทั่วไปผลงานการสอบในปี 2550 จะเป็นดังนี้

สูงกว่าผลประกอบการปีที่แล้วเล็กน้อย แต่อยู่ในระดับใกล้เคียงกัน

ตัวเลขจากปีก่อนปีที่แล้ว ตารางที่ 4.8 แสดงผลการสอบ Unified State ในวิชาฟิสิกส์ ปี 2550

ในระดับห้าจุดและในตารางที่ 4.9 และรูปที่ 4.1 – ขึ้นอยู่กับคะแนนทดสอบ 100-

ระดับจุด เพื่อความชัดเจนในการเปรียบเทียบจึงนำผลการเปรียบเทียบมานำเสนอ

สองปีที่ผ่านมา

โต๊ะ4.8

การกระจายผู้เข้าสอบตามระดับ

การตระเตรียม(เปอร์เซ็นต์ของผลรวม)

ปี “2” ทำเครื่องหมาย “p3o” 5 คะแนน “b4n” ในระดับ “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%

โต๊ะ4.9

แจกผู้เข้าสอบ

ขึ้นอยู่กับคะแนนสอบที่ได้รับใน2005-2007 ใช่.

ปี ช่วงคะแนนสอบทดสอบ

แลก 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

คะแนนสอบ

ร้อยละของนักเรียนที่ได้รับ

คะแนนสอบที่สอดคล้องกัน

ข้าว. 4.1 การกระจายผู้เข้าสอบตามคะแนนสอบที่ได้รับ

ตารางที่ 4.10 แสดงการเปรียบเทียบมาตราส่วนในคะแนนทดสอบเต็ม 100

ปรับขนาดด้วยผลการปฏิบัติงานของเวอร์ชันการสอบในระดับประถมศึกษา

โต๊ะ4.10

การเปรียบเทียบช่วงคะแนนหลักและคะแนนสอบใน2007 ปี

ช่วงมาตราส่วน

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

ช่วงมาตราส่วน

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

เพื่อรับ 35 คะแนน (คะแนน 3 คะแนนหลัก – 13) ผู้สอบ

การตอบคำถามที่ง่ายที่สุด 13 ข้อในส่วนแรกก็เพียงพอแล้ว

งาน. หากต้องการคะแนน 65 คะแนน (คะแนน 4 คะแนนเริ่มต้น – 34) ผู้สำเร็จการศึกษาจะต้อง

เช่น ตอบคำถามแบบปรนัย 25 ข้อให้ถูกต้อง แก้ 3 ใน 4 ข้อ

ปัญหาด้วยคำตอบสั้น ๆ และยังรับมือกับปัญหาระดับสูงอีกสองปัญหา

ความยากลำบาก ผู้ที่ได้รับ 85 คะแนน (คะแนน 5 คะแนนหลัก – 46)

ดำเนินการส่วนแรกและส่วนที่สองของงานได้อย่างสมบูรณ์และแก้ไขปัญหาได้อย่างน้อยสี่ข้อ

ส่วนที่สาม.

สิ่งที่ดีที่สุด (ตั้งแต่ 91 ถึง 100 คะแนน) ไม่เพียงแต่ต้องการเท่านั้น

นำทางทุกประเด็นของหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียนได้อย่างอิสระ แต่ยังใช้งานได้จริงด้วย

หลีกเลี่ยงแม้แต่ข้อผิดพลาดทางเทคนิค จึงจะได้ 94 คะแนน (คะแนนหลัก

– 49) มีความเป็นไปได้ที่จะ “ไม่ได้” เพียง 3 ประเด็นหลักเท่านั้น อนุญาต เช่น

ข้อผิดพลาดทางคณิตศาสตร์เมื่อแก้ไขปัญหาข้อใดข้อหนึ่งที่มีความซับซ้อนในระดับสูง

และทำผิดพลาดในการตอบคำถามแบบเลือกตอบสองข้อ

น่าเสียดายที่ในปีนี้ไม่มีผู้สำเร็จการศึกษาที่ได้รับเพิ่มขึ้น

จากผลการสอบ Unified State ในวิชาฟิสิกส์ คะแนนสูงสุดที่เป็นไปได้ ในตาราง 4.11

มีการมอบจำนวนพอยน์เตอร์ 100 ตัวในช่วงสี่ปีที่ผ่านมา

โต๊ะ4.11

จำนวนผู้เข้าสอบ, ซึ่งได้คะแนนตามผลการสอบ100 คะแนน

ปี 2547 2548 2549 2550

จำนวนนักเรียน 6 23 33 28

ผู้นำปีนี้เป็นเด็กชาย 27 คนและผู้หญิงเพียงคนเดียว (Romanova A.I. จาก

โรงเรียนมัธยม Novovoronezh หมายเลข 1) เช่นเดียวกับปีที่แล้วในหมู่ผู้สำเร็จการศึกษาจาก Lyceum No. 153

Ufa - นักเรียนสองคนที่ทำคะแนนได้ 100 คะแนนพร้อมกัน ผลลัพธ์เดียวกัน (สอง 100-

โรงยิมหมายเลข 4 ตั้งชื่อตาม เช่น. พุชกินในยอชการ์-โอลา

ของแข็งคือสารที่สามารถก่อตัวเป็นวัตถุและมีปริมาตรได้ มีรูปร่างแตกต่างจากของเหลวและก๊าซ ของแข็งคงรูปร่างไว้เนื่องจากอนุภาคไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ มีความหนาแน่น ความเป็นพลาสติก การนำไฟฟ้า และสีแตกต่างกัน พวกเขายังมีคุณสมบัติอื่นอีกด้วย ตัวอย่างเช่น สารเหล่านี้ส่วนใหญ่ละลายในระหว่างการให้ความร้อน ทำให้มีสถานะการรวมตัวเป็นของเหลว บางส่วนเมื่อถูกความร้อนจะกลายเป็นก๊าซทันที (ระเหิด) แต่ก็มีสารที่สลายตัวเป็นสารอื่นด้วย

ประเภทของของแข็ง

ของแข็งทั้งหมดแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม

1. อสัณฐานซึ่งแต่ละอนุภาคจะถูกจัดเรียงแบบสุ่ม กล่าวอีกนัยหนึ่ง: พวกเขาไม่มีโครงสร้าง (กำหนด) ที่ชัดเจน ของแข็งเหล่านี้สามารถหลอมเหลวได้ภายในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด ที่พบมากที่สุด ได้แก่ แก้วและเรซิน
2. ผลึกซึ่งในที่สุดก็แบ่งออกเป็น 4 ประเภท: อะตอม, โมเลกุล, ไอออนิก, โลหะ ในนั้นอนุภาคจะอยู่ตามรูปแบบบางอย่างเท่านั้นนั่นคือที่โหนดของโครงตาข่ายคริสตัล รูปทรงของมันในสารต่างๆ อาจแตกต่างกันอย่างมาก

สารที่เป็นผลึกแข็งมีอิทธิพลเหนือสารอสัณฐานตามจำนวน

ประเภทของของแข็งผลึก

ในสถานะของแข็ง สารเกือบทั้งหมดมีโครงสร้างเป็นผลึก มีความโดดเด่นด้วยโครงตาข่ายที่โหนดซึ่งมีอนุภาคและองค์ประกอบทางเคมีต่างๆ เป็นไปตามที่พวกเขาได้รับชื่อ แต่ละประเภทมีคุณสมบัติลักษณะเฉพาะ:

• ในตาข่ายคริสตัลอะตอม อนุภาคของของแข็งเชื่อมโยงกันด้วยพันธะโควาเลนต์ มันโดดเด่นด้วยความแข็งแกร่งของมัน ด้วยเหตุนี้สารดังกล่าวจึงมีจุดเดือดสูง ประเภทนี้รวมถึงควอตซ์และเพชร
• ในตาข่ายคริสตัลโมเลกุล พันธะระหว่างอนุภาคมีลักษณะเฉพาะด้วยความอ่อนแอ สารประเภทนี้มีลักษณะพิเศษคือต้มและละลายได้ง่าย มีลักษณะความผันผวนเนื่องจากมีกลิ่นบางอย่าง ของแข็งดังกล่าวรวมถึงน้ำแข็งและน้ำตาล การเคลื่อนที่ของโมเลกุลในของแข็งประเภทนี้มีความโดดเด่นตามกิจกรรมของมัน
• อนุภาคที่สอดคล้องกัน มีประจุบวกและลบ สลับกันที่โหนด พวกมันถูกยึดเข้าด้วยกันด้วยแรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิต ตาข่ายประเภทนี้มีอยู่ในด่างและเกลือ สารประเภทนี้หลายชนิดละลายได้ง่ายในน้ำ เนื่องจากพันธะระหว่างไอออนค่อนข้างแน่น พวกมันจึงทนไฟได้ เกือบทั้งหมดไม่มีกลิ่นเนื่องจากมีลักษณะไม่ผันผวน สารที่มีโครงตาข่ายไอออนิกไม่สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้เนื่องจากไม่มีอิเล็กตรอนอิสระ ตัวอย่างทั่วไปของของแข็งไอออนิกคือเกลือแกง โครงตาข่ายคริสตัลนี้ให้ความเปราะบาง นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ของมันอาจนำไปสู่การเกิดขึ้นของแรงผลักไอออน
• ในโครงตาข่ายคริสตัลโลหะ มีเพียงไอออนเคมีที่มีประจุบวกเท่านั้นที่โหนด ระหว่างนั้นมีอิเล็กตรอนอิสระซึ่งพลังงานความร้อนและไฟฟ้าผ่านไปได้อย่างสมบูรณ์แบบ นั่นคือเหตุผลที่โลหะใด ๆ มีความโดดเด่นด้วยคุณสมบัติการนำไฟฟ้า

แนวคิดทั่วไปเกี่ยวกับของแข็ง

ของแข็งและสารแทบจะเป็นสิ่งเดียวกัน ข้อกำหนดเหล่านี้อ้างถึงหนึ่งใน 4 สถานะของการรวมกลุ่ม ของแข็งมีรูปร่างที่มั่นคงและมีรูปแบบการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอะตอม ยิ่งไปกว่านั้น แบบหลังทำการแกว่งเล็กน้อยใกล้กับตำแหน่งสมดุล สาขาวิชาวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาองค์ประกอบและโครงสร้างภายในเรียกว่าฟิสิกส์สถานะของแข็ง ยังมีความรู้ที่สำคัญอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับสารดังกล่าว การเปลี่ยนแปลงรูปร่างภายใต้อิทธิพลและการเคลื่อนไหวภายนอกเรียกว่ากลไกของร่างกายที่เปลี่ยนรูปได้

เนื่องจากคุณสมบัติที่แตกต่างกันของของแข็ง จึงพบการใช้งานในอุปกรณ์ทางเทคนิคต่างๆ ที่มนุษย์สร้างขึ้น ส่วนใหญ่การใช้งานจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติต่างๆ เช่น ความแข็ง ปริมาตร มวล ความยืดหยุ่น ความปั้น และความเปราะบาง วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ทำให้สามารถใช้คุณสมบัติอื่นๆ ของของแข็งที่สามารถตรวจพบได้ในสภาพห้องปฏิบัติการเท่านั้น

คริสตัลคืออะไร

ผลึกเป็นของแข็งที่มีอนุภาคจัดเรียงตามลำดับที่แน่นอน แต่ละคนมีโครงสร้างของตัวเอง อะตอมของมันก่อให้เกิดการจัดเรียงเป็นคาบสามมิติที่เรียกว่าโครงตาข่ายคริสตัล ของแข็งมีความสมมาตรของโครงสร้างต่างกัน สถานะผลึกของของแข็งถือว่ามีความเสถียรเนื่องจากมีพลังงานศักย์น้อยที่สุด

ของแข็งส่วนใหญ่ประกอบด้วยเมล็ดพืชแต่ละชนิดที่มีการสุ่มตัวอย่างจำนวนมาก (ผลึก) สารดังกล่าวเรียกว่าโพลีคริสตัลลีน ซึ่งรวมถึงโลหะผสมทางเทคนิคและโลหะ ตลอดจนหินหลายชนิด ผลึกธรรมชาติหรือคริสตัลสังเคราะห์เดี่ยวเรียกว่าโมโนคริสตัลไลน์

ส่วนใหญ่แล้วของแข็งดังกล่าวจะเกิดขึ้นจากสถานะของเฟสของเหลวซึ่งแสดงด้วยการหลอมหรือสารละลาย บางครั้งได้มาจากสถานะก๊าซ กระบวนการนี้เรียกว่าการตกผลึก ด้วยความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ขั้นตอนการเติบโต (สังเคราะห์) สารต่างๆ จึงก้าวไปถึงระดับอุตสาหกรรมแล้ว คริสตัลส่วนใหญ่มีรูปร่างตามธรรมชาติ เช่น ขนาดของมันแตกต่างกันมาก ดังนั้นควอตซ์ธรรมชาติ (หินคริสตัล) สามารถมีน้ำหนักได้มากถึงหลายร้อยกิโลกรัมและเพชร - มากถึงหลายกรัม

ในของแข็งอสัณฐาน อะตอมจะสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องรอบจุดที่สุ่มอยู่ พวกเขาคงลำดับระยะสั้นไว้ แต่ไม่มีลำดับระยะยาว นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าโมเลกุลของพวกมันตั้งอยู่ในระยะทางที่สามารถเปรียบเทียบกับขนาดของมันได้ ตัวอย่างที่พบบ่อยที่สุดของของแข็งในชีวิตของเราคือสภาวะที่เป็นแก้ว มักถือเป็นของเหลวที่มีความหนืดสูงเป็นอนันต์ เวลาในการตกผลึกบางครั้งนานจนไม่ปรากฏเลย

คุณสมบัติข้างต้นของสารเหล่านี้จึงทำให้มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว ของแข็งอสัณฐานถือว่าไม่เสถียรเนื่องจากสามารถกลายเป็นผลึกได้เมื่อเวลาผ่านไป

โมเลกุลและอะตอมที่ประกอบเป็นของแข็งจะถูกอัดแน่นด้วยความหนาแน่นสูง พวกมันคงตำแหน่งสัมพัทธ์ไว้โดยสัมพันธ์กับอนุภาคอื่น ๆ และถูกยึดเข้าด้วยกันเนื่องจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล ระยะห่างระหว่างโมเลกุลของของแข็งในทิศทางที่ต่างกันเรียกว่าพารามิเตอร์ตาข่ายคริสตัล โครงสร้างของสสารและความสมมาตรของสารจะเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติหลายอย่าง เช่น แถบอิเล็กทรอนิกส์ ความแตกแยก และทัศนศาสตร์ เมื่อสารที่เป็นของแข็งสัมผัสกับแรงที่มีขนาดใหญ่เพียงพอ คุณสมบัติเหล่านี้สามารถลดลงได้ในระดับหนึ่งหรืออย่างอื่น ในกรณีนี้ร่างกายที่เป็นของแข็งอาจเกิดการเสียรูปตกค้างได้

อะตอมของของแข็งเกิดการเคลื่อนที่แบบสั่นสะเทือน ซึ่งเป็นตัวกำหนดการครอบครองพลังงานความร้อน เนื่องจากไม่มีนัยสำคัญจึงสามารถสังเกตได้ภายใต้สภาพห้องปฏิบัติการเท่านั้น ของสารที่เป็นของแข็งมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติของมัน

การศึกษาของแข็ง

คุณสมบัติ คุณสมบัติของสารเหล่านี้ คุณภาพ และการเคลื่อนที่ของอนุภาคได้รับการศึกษาในสาขาย่อยต่างๆ ของฟิสิกส์สถานะของแข็ง

วิธีการต่อไปนี้ใช้สำหรับการวิจัย: สเปกโทรสโกปีด้วยคลื่นวิทยุ การวิเคราะห์โครงสร้างโดยใช้รังสีเอกซ์ และวิธีการอื่นๆ นี่คือวิธีการศึกษาคุณสมบัติทางกล ทางกายภาพ และทางความร้อนของของแข็ง วัสดุศาสตร์ศึกษาความแข็ง ความต้านทานโหลด ความต้านทานแรงดึง และการเปลี่ยนเฟส มันมีอะไรเหมือนกันมากมายกับฟิสิกส์โซลิดสเตต มีวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ที่สำคัญอีกประการหนึ่ง การศึกษาสารที่มีอยู่และการสังเคราะห์สารใหม่ดำเนินการโดยเคมีโซลิดสเตต

คุณสมบัติของของแข็ง

ธรรมชาติของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนชั้นนอกของอะตอมของสารของแข็งจะเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติหลายประการของมันเช่นคุณสมบัติทางไฟฟ้า ร่างกายดังกล่าวมี 5 คลาส พวกมันถูกสร้างขึ้นขึ้นอยู่กับประเภทของพันธะระหว่างอะตอม:

• อิออนซึ่งเป็นลักษณะสำคัญคือแรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิต คุณสมบัติ: การสะท้อนและการดูดกลืนแสงในบริเวณอินฟราเรด ที่อุณหภูมิต่ำ พันธะไอออนิกจะมีค่าการนำไฟฟ้าต่ำ ตัวอย่างของสารดังกล่าวคือเกลือโซเดียมของกรดไฮโดรคลอริก (NaCl)
• โควาเลนต์ดำเนินการโดยคู่อิเล็กตรอนที่เป็นของอะตอมทั้งสอง พันธะดังกล่าวแบ่งออกเป็น: เดี่ยว (ธรรมดา) สองและสาม ชื่อเหล่านี้บ่งบอกถึงการมีอยู่ของอิเล็กตรอนคู่ (1, 2, 3) พันธะคู่และพันธะสามเรียกว่าทวีคูณ มีอีกแผนกหนึ่งของกลุ่มนี้ ดังนั้นขึ้นอยู่กับการกระจายตัวของความหนาแน่นของอิเล็กตรอน พันธะแบบขั้วและแบบไม่มีขั้วจึงมีความโดดเด่น อันแรกเกิดจากอะตอมที่แตกต่างกัน และอันที่สองเกิดจากอะตอมที่เหมือนกัน สถานะของแข็งของสสาร เช่น เพชร (C) และซิลิคอน (Si) มีความหนาแน่นแตกต่างกัน ผลึกที่แข็งที่สุดเป็นของพันธะโควาเลนต์อย่างแม่นยำ
• โลหะ เกิดจากการรวมเวเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมเข้าด้วยกัน เป็นผลให้เมฆอิเล็กตรอนทั่วไปปรากฏขึ้นซึ่งเปลี่ยนไปตามอิทธิพลของแรงดันไฟฟ้า พันธะโลหะเกิดขึ้นเมื่ออะตอมที่ถูกพันธะมีขนาดใหญ่ พวกเขาคือผู้บริจาคอิเล็กตรอนได้ ในโลหะและสารประกอบเชิงซ้อนหลายชนิด พันธะนี้ก่อให้เกิดสถานะของแข็งของสสาร ตัวอย่าง: โซเดียม แบเรียม อลูมิเนียม ทองแดง ทอง สามารถสังเกตสารประกอบอโลหะต่อไปนี้: AlCr 2, Ca 2 Cu, Cu 5 Zn 8 สารที่มีพันธะโลหะ (โลหะ) มีคุณสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกัน พวกมันอาจเป็นของเหลว (Hg) อ่อน (Na, K) แข็งมาก (W, Nb)
• โมเลกุล เกิดขึ้นในผลึกที่เกิดจากแต่ละโมเลกุลของสาร มีลักษณะเป็นช่องว่างระหว่างโมเลกุลที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเป็นศูนย์ แรงที่ยึดอะตอมเข้าด้วยกันในผลึกดังกล่าวมีความสำคัญ ในกรณีนี้โมเลกุลจะถูกดึงดูดเข้าหากันโดยการดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอเท่านั้น นั่นคือสาเหตุที่พันธะระหว่างพวกมันถูกทำลายได้ง่ายเมื่อถูกความร้อน การเชื่อมต่อระหว่างอะตอมนั้นยากต่อการพังทลายลงมาก พันธะโมเลกุลแบ่งออกเป็นแบบตะวันออก แบบกระจาย และแบบอุปนัย ตัวอย่างของสารดังกล่าวคือมีเธนที่เป็นของแข็ง
• ไฮโดรเจน ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่มีขั้วบวกของโมเลกุลหรือส่วนหนึ่งของมันกับอนุภาคที่เล็กที่สุดที่มีขั้วลบของโมเลกุลหรือส่วนอื่น การเชื่อมต่อดังกล่าวรวมถึงน้ำแข็งด้วย

คุณสมบัติของของแข็ง

วันนี้เรารู้อะไรบ้าง? นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาคุณสมบัติของสถานะของแข็งของสสารมานานแล้ว เมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิก็จะเปลี่ยนแปลงไปด้วย การเปลี่ยนสภาพของร่างกายให้เป็นของเหลวเรียกว่าการหลอมละลาย การเปลี่ยนของแข็งเป็นสถานะก๊าซเรียกว่าการระเหิด เมื่ออุณหภูมิลดลง ของแข็งจะตกผลึก สารบางชนิดภายใต้อิทธิพลของความเย็นจะผ่านเข้าสู่เฟสอสัณฐาน นักวิทยาศาสตร์เรียกกระบวนการนี้ว่าการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว

เมื่อโครงสร้างภายในของของแข็งเปลี่ยนแปลงไป จะได้ลำดับสูงสุดเมื่ออุณหภูมิลดลง ที่ความดันบรรยากาศและอุณหภูมิ T > 0 K สารใดๆ ที่มีอยู่ในธรรมชาติจะแข็งตัว มีเพียงฮีเลียมเท่านั้นซึ่งต้องใช้ความดัน 24 Atm จึงจะตกผลึกเท่านั้นที่เป็นข้อยกเว้นสำหรับกฎนี้

สถานะของแข็งของสารทำให้มีคุณสมบัติทางกายภาพต่างๆ พวกมันแสดงลักษณะพฤติกรรมเฉพาะของร่างกายภายใต้อิทธิพลของสนามและพลังบางอย่าง คุณสมบัติเหล่านี้แบ่งออกเป็นกลุ่ม การมีอิทธิพลมี 3 วิธี ซึ่งสอดคล้องกับพลังงาน 3 ประเภท (เครื่องกล ความร้อน แม่เหล็กไฟฟ้า) ดังนั้นคุณสมบัติทางกายภาพของของแข็งจึงมี 3 กลุ่ม:

• สมบัติทางกลที่เกี่ยวข้องกับความเค้นและการเสียรูปของร่างกาย ตามเกณฑ์เหล่านี้ ของแข็งจะถูกแบ่งออกเป็นยืดหยุ่น รีโอโลยี ความแข็งแรง และเทคโนโลยี ในช่วงเวลาที่เหลือร่างกายดังกล่าวยังคงรูปร่างไว้ แต่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอก ในกรณีนี้ การเสียรูปอาจเป็นพลาสติก (รูปแบบเดิมไม่คืนสภาพ) ยืดหยุ่น (คืนสู่รูปร่างเดิม) หรือแบบทำลายล้าง (การแตกตัว/การแตกหักเกิดขึ้นเมื่อถึงเกณฑ์ที่กำหนด) การตอบสนองต่อแรงที่ใช้อธิบายโดยโมดูลัสยืดหยุ่น ตัวถังที่มั่นคงไม่เพียงต้านทานแรงกดและความตึงเท่านั้น แต่ยังทนต่อแรงเฉือน การบิด และการดัดงออีกด้วย ความแข็งแกร่งของของแข็งคือความสามารถในการต้านทานการทำลายล้าง
• ความร้อน แสดงออกเมื่อสัมผัสกับสนามความร้อน คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งคือจุดหลอมเหลวที่ร่างกายเปลี่ยนเป็นสถานะของเหลว พบได้ในของแข็งที่เป็นผลึก วัตถุอสัณฐานมีความร้อนแฝงของการหลอมเนื่องจากการเปลี่ยนเป็นสถานะของเหลวจะค่อยๆ เกิดขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เมื่อถึงความร้อนระดับหนึ่ง ร่างกายอสัณฐานจะสูญเสียความยืดหยุ่นและกลายเป็นพลาสติก สถานะนี้หมายความว่ามีอุณหภูมิถึงอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วแล้ว เมื่อถูกความร้อน ร่างกายที่แข็งจะเสียรูป ยิ่งกว่านั้นส่วนใหญ่มักจะขยายตัว ในเชิงปริมาณสถานะนี้มีลักษณะเป็นค่าสัมประสิทธิ์ที่แน่นอน อุณหภูมิของร่างกายส่งผลต่อลักษณะทางกล เช่น ความลื่นไหล ความเหนียว ความแข็ง และความแข็งแรง
• แม่เหล็กไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับผลกระทบต่อสสารของแข็งของการไหลของอนุภาคขนาดเล็กและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความแข็งแกร่งสูง รวมถึงคุณสมบัติของรังสีด้วย

โครงสร้างโซน

ของแข็งยังถูกจำแนกตามโครงสร้างโซนที่เรียกว่า ดังนั้นในหมู่พวกเขามี:

• ตัวนำมีลักษณะเฉพาะคือแถบการนำและเวเลนซ์ทับซ้อนกัน ในกรณีนี้อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ไปมาระหว่างพวกมันได้โดยรับพลังงานเพียงเล็กน้อย โลหะทั้งหมดถือเป็นตัวนำ เมื่อนำความต่างศักย์ไปใช้กับวัตถุดังกล่าว กระแสไฟฟ้าจะเกิดขึ้น (เนื่องจากการเคลื่อนที่อย่างอิสระของอิเล็กตรอนระหว่างจุดที่มีศักยภาพต่ำสุดและสูงสุด)
• ไดอิเล็กทริกที่มีโซนไม่ทับซ้อนกัน ช่วงเวลาระหว่างพวกเขาเกิน 4 eV การนำอิเล็กตรอนจากแถบวาเลนซ์ไปยังแถบการนำไฟฟ้า จำเป็นต้องใช้พลังงานจำนวนมาก เนื่องจากคุณสมบัติเหล่านี้ไดอิเล็กทริกจึงไม่นำกระแสไฟฟ้า
• สารกึ่งตัวนำมีลักษณะเฉพาะโดยไม่มีแถบการนำและเวเลนซ์ ช่วงเวลาระหว่างพวกเขาน้อยกว่า 4 eV ในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากแถบวาเลนซ์ไปยังแถบการนำไฟฟ้า จำเป็นต้องใช้พลังงานน้อยกว่าไดอิเล็กทริก เซมิคอนดักเตอร์บริสุทธิ์ (ไม่มีการเจือและอยู่ภายใน) ไม่สามารถผ่านกระแสได้ดี

การเคลื่อนที่ของโมเลกุลในของแข็งจะเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้า

คุณสมบัติอื่นๆ

ของแข็งยังถูกจำแนกตามคุณสมบัติทางแม่เหล็ก มีสามกลุ่ม:

• ไดอะแมกเน็ต ซึ่งคุณสมบัติขึ้นอยู่กับอุณหภูมิหรือสถานะของการรวมตัวเพียงเล็กน้อย
• พาราแมกเนติกซึ่งเป็นผลมาจากการวางแนวของการนำอิเล็กตรอนและโมเมนต์แม่เหล็กของอะตอม ตามกฎของกูรี ความอ่อนแอของมันจะลดลงตามสัดส่วนของอุณหภูมิ ดังนั้นที่ 300 K จะเป็น 10 -5
• วัตถุที่มีโครงสร้างแม่เหล็กแบบสั่งการ มีลำดับอะตอมในระยะไกล อนุภาคที่มีโมเมนต์แม่เหล็กจะอยู่ที่โหนดของโครงตาข่ายเป็นระยะ ของแข็งและสารดังกล่าวมักใช้ในกิจกรรมของมนุษย์ในด้านต่างๆ

สารที่แข็งที่สุดในธรรมชาติ

พวกเขาคืออะไร? ความหนาแน่นของของแข็งเป็นตัวกำหนดความแข็งเป็นส่วนใหญ่ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบวัสดุหลายอย่างที่อ้างว่าเป็น "ร่างกายที่แข็งแกร่งที่สุด" สารที่แข็งที่สุดคือฟูลเลอไรต์ (ผลึกที่มีโมเลกุลฟูลเลอรีน) ซึ่งแข็งกว่าเพชรประมาณ 1.5 เท่า น่าเสียดายที่ขณะนี้มีจำหน่ายในปริมาณที่น้อยมากเท่านั้น

ปัจจุบัน สารที่แข็งที่สุดที่อาจใช้ในอุตสาหกรรมในอนาคตคือลอนสดาไลต์ (เพชรหกเหลี่ยม) มันยากกว่าเพชรถึง 58% Lonsdaleite เป็นการดัดแปลงคาร์บอนแบบ allotropic ตาข่ายคริสตัลของมันมีลักษณะคล้ายกับเพชรมาก เซลล์ลอนสดาไลต์ประกอบด้วย 4 อะตอม และเพชรหนึ่งอะตอม - 8 ในบรรดาผลึกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน เพชรยังคงเป็นเพชรที่แข็งที่สุด