 |
Сколько бывает состояний у вещества?
|
|
|
|
В этой заметке мы хотим рассказать немного о различных состояниях вещества – о самых известных, несколько менее известных и совсем мало известных.
Любое тело – это огромное число движущихся и взаимодействующих друг с другом молекул. Кажется совершенно естественным, что, когда взаимодействие молекул друг с другом слабое, молекулы должны образовывать газ; в противном же случае, когда взаимодействие велико, - твердое тело; в промежуточном случае – жидкость. Это, безусловно, так. Только в физике не существует понятий малой и большой величины. В данном случае энергию взаимодействия молекул надо сравнивать с их кинетической энергией.
Из молекулярно-кинетической теории известно, что вредняя кинетическая энергия хаотического движения молекул Ē непосредственно связана с температурой Т системы: Ē=3/2kТ. Так как нас интересуют только качественные соображения, множитель 3/2 мы учитывать не будем. Обозначим среднюю энергию взаимодействия молекулы со своим окружением через V. Введем параметр ε, равный отношению средней энергии взаимодействия к средней кинетической энергии ε=V/kT. Итак, если ε<1, то мы имеем газ (молекулы быстро двигаются, почти не взаимодействуя друг с другом). Если ε>1, система представляет собой твердое тело (молекулы "зажаты" на своих местах). Промежуточный случай, когда ε ≈ 1, соответствует жидкости. Но внутри каждого из этих больших классов состояний существует довольно большое разнообразие.
Остановимся прежде всего на твердом теле. Из условия ε ≈ 1 ясно, что состояние твердого тела определяется в основном энергией взаимодействующих молекул. Как известно, любая система, предоставленная самой себе, стремится занять такое положение, когда ее потенциальная энергия минимальная (под потенциальной энергией здесь надо понимать именно энергию взаимодействия молекул друг с другом). Так вот, оказывается, что минимуму энергии соответствует состояние, когда молекулы расположены строго периодически. Другими словами, устойчивому равновесию соответствует не просто твердое тело, а конкретно кристалл. Это хорошо изученный тип твердых тел. Свойства кристаллов определяются типом кристаллической решетки. Бывают решетки, составленные из кубиков, шестигранных призм, параллелепипедов и т.п. При нагревании кристаллов (например, при атмосферном давлении) существует температура (внимание! вполне определенная температура), при которой кристаллическая решетка становится неустойчивой. Начинается плавление (понятно, что температура плавления должна определяться из условия ε=1, т.е. kT≈V).
|
|
|
Другой тип твердого вещества возникает в том случае, когда при охлаждении жидкости атомы теряют свою подвижность раньше, чем успевают выстроиться в кристаллическую решетку. Теперь они и «хотели» бы упорядочиться, да не могут. Точнее, могут, но для этого им надо очень много времени. Мы получаем твердое, но не кристаллическое, а аморфное тело. Типичным примером таких тел является стекло. При нагревании стекло постепенно смягчается и в конечном счете превращается в жидкость, но никакой определенной температуры плавления не существует.
Получится ли при охлаждении данной жидкости кристалл или аморфное тело, сильно зависит от скорости охлаждения. Например, для получения аморфных металлов скорость должна быть колоссальной (расплавленный металл разбрызгивают на охлажденную жидким азотом поверхность). Но это не единственное условие. Например, из глицерина, как ни старайся, кристалл не получится (причина этого на сегодня не совсем ясна). Если речь идет о телах, состоящих из молекул простой формы, то никаких других возможностей, по всей видимости, нет. Но, к счастью, мир не так прост. Вы хорошо знаете, что существуют органические (да и не только органические) молекулы чрезвычайно сложной формы. Вещества, построенные из этих молекул, могут находиться в необычайных состояниях, которые нельзя отнести ни к жидким, ни к твердым. Вот несколько примеров.
|
|
|
Наиболее типичным свойством жидкости является ее изотропность, т.е. одинаковость свойств во всех направлениях. Одинаковы теплопроводность, механические свойства, скорость распространения различных волн (упругих или электромагнитных) и так далее. Около ста лет тому назад были открыты жидкости, не обладающие изотропностью, - так называемые анизотпропные жидкости. С тех пор было найдено (и создано искусственно) огромное число таких жидкостей. Главной их особенностью является то, что в одних направлениях они обладают свойствами кристаллов (например, периодичностью внутренней структуры), а в других – нет. Это жидкие кристаллы. За совмещение таких, казалось бы, несовместимых свойств, как текучесть и упорядоченность, они получили название мезофаз («мезо» означает промежуточный, т.е. промежуточных фаз).
Длинные полимерные молекулы могут образовывать еще один класс состояний, к которым относятся, например, холодец и резина. В этих состояниях длинные молекулы объединяются в разветвленные цепи или сетки. В результате получается своеобразное, похожее на желе тело, которое называется «чель». Состояния этого типа также чрезвычайно распространены в природе.
Наконец, очень коротко остановимся на в каком-то смысле экстремальных состояниях вещества.
При нагревании газа кинетическая энергия его молекул растет и может оказаться порядка энергии ионизации атомов. Тогда при столкновении молекул друг с другом атомы могут ионизироваться, и мы получим смесь нейтральных нейтральных и заряженных (положительно и отрицательно) частиц. Очень важно, что количество положительных и отрицательных зарядов всегда одинаково, так что в целом газ электронейтрален. Это плазма, совершенно специальное и обладающее уникальными свойствами состояние вещества.
|
|
|
И в заключение обратимся к зведам. Звезда – это гигантское газовое или пылевидное облако, стремящееся сжаться под давлением гравитационного притяжения. В результате такого сжатия температура в сердцевине звезды растет и в какой-то момент зажигается термоядерная реакция: ядра водорода сливаются, превращаясь в гелий. Выделяющаяся при этом энергия препятсивует дальнейшему сжатию. Звезда стабилизируется (именно на такой стадии звезденой эволюции находится наше Солнце). Но постепенно водород выгорает, и сжатие возобновляется. Колоссальные давления, возникающие при этом, раздавливают атомы. Возникает состояние, в котором электроны свободно плавают в поле голых ядер. Если масса звезды не слишком велика (меньше 1,25), то специфическое отталкивание, существующее между электронами, препятствует дальнейшему сжатию (отталкивание это не связано с электромагнитными силами, а носит сугубо квантовый характер). В результате возникает совершенно особое состояние с огромной плотностью 9порядка 60 т/см³. Звезды, устроенные таким образом, носят название белых карликов (из-за светло-голубого свечения и малых размеров). Если масса звезды большая, (больше 1,5-2 масс Солнца), то уже и электроны не могут противостоять гравитационному сжатию. В результате они (электроны) вдавливаются в ядро и, сливаясь с протонами, образуют нейтроны. Возникает вещество, состоящее не из атомных ядер, а из нейтронов с совсем уже фактически большой плотностью (2·109 т/см³). Это нейтронные звезды.
Как мы видим, список удивительных состояний веществ, существующих в природе, отличается большим разнообразием и в конечном счете далеко не исчерпан.
23. Отредактируйте тексты аннотации, реферата, рецензии к одному и тому же тексту. Обратите внимание, что в реферате – в отличие от аннотации, 1. более полно раскрываются проблемы и основные положения работы; 2. приводится аргументация этих положений; 3. указываются выводы, к которым пришел автор:
Аннотация
Статья Медика В.А. и Юрьева В.К. «Заболеваемость населения Новгородской области» опубликована в журнале «Здоровая Россия», Санкт-Петербург: Издательство СПбГМУ, 1995, с.87. В этой статье обобщены результаты изучения заболеваемости городского населения Новгородской области. Представлен подробный анализ заболеваемости по данным обращаемости с учетом его уровней, структуры, возрастно-половых особенностей. Сведения о заболеваемости дополнены данными об обращаемости населения в амбулаторно-поликлинические учреждения, отдельно рассмотрена частота и структура повторных обращений городского населения в амбулаторно-поликлинические учреждения.
|
|
|
Реферат
Статья под заголовком «Заболеваемость населения Новгородской области» опубликована в журнале «Здоровая Россия» г. Санкт-Петербург. В данной статье речь идет об изучении заболеваемости городского населения области. Изучение заболеваемости жителей 3-х городов (Новгорода, Боровичей, Валдая), расположенных в разных экономико-географических и климатических зонах Новгородской области, выявило следующие особенности общей заболеваемости (по обращаемости). Наиболее высокий уровень общей заболеваемости зарегистрирован в городе Новгороде - 1148,5 случая на 1000 населения, ниже этот показатель оказался по двум другим городам - Боровичи и Валдай - 873,7 %. В целом для всего городского населения области показатель общей заболеваемости составил 1092,7 %. Показатель общей заболеваемости городского населения, рассчитанный по материалам трех городов Новгородской области, существенно не отличается по своему уровню от соответствующих показателях в других регионах России.
Далее в статье говорится о частоте и структуре общей госпитализации городского населения. Интенсивные показатели фактически сложившегося уровня госпитализации городского населения Новгородской области по поводу заболеваний представлены следующим образом. Наиболее высокий уровень госпитализации выявлен в городах Боровичи и Валдай - 252, 6% (мужчины - 274%, женщины - 238%). Значительно ниже в городе Новгороде - 148,5 % (мужчины -159, 2%, женщины - 138, 3%). Столь существенная разница в частоте госпитализации по поводу заболеваний связана с разной обеспеченностью этих городов больничными койками. В среднем по 3-м городам уровень госпитализации по поводу заболеваний составил - 172, 4% (мужчины - 184, 1%, женщины - 162, 2%). Были проведены комплексные медицинские осмотры городских жителей, на которых ранее были собраны данные по обращаемости в ЛПУ. Анализ полученного материала позволил дополнительно выявить на каждую 1000 осмотренных 2509 неизвестных по обращаемости случаев хронических заболеваний. Причем у женщин их выявлено в 1,5 раза больше, чем у мужчин. Анализ повозрастных показателей патологической пораженности показывает, что она имеет устойчивую тенденцию к росту с возрастом, достигая максимальной величины в период 70 лет и старше.
|
|
|
Таким образом, можно прийти к выводу, что приведенные в статье сведения могут служить информационной базой для разработки нормативов потребности во всех видах медицинской помощи и на основе - перспективных схем развития и размещения сети лечебно-профилактических учреждений области.
Рецензия
Тема статьи «Заболеваемость населения Новгородской области» в настоящее время приобретает особую актуальность в связи с региональными исследованиями отдельных показателей общественного здоровья. Тема раскрывается авторами с разных позиций, т.е. были использованы результаты таких исследований, как заболеваемость городского населения по данным обращаемости, госпитализированная заболеваемость, заболеваемость по данным медицинских осмотров и т.п. В своей статье авторы рассматривают такие важные проблемы, как обращаемость населения в амбулаторно-поликлинические учреждения; частота и структура общей госпитализации городского населения; патологическая пораженность детей, посещающих детские дошкольные учреждения, и школьников; заболеваемость гинекологическими заболеваниями девочек -будущих матерей. Главной мыслью статьи является то, что проведенный анализ заболеваемости по данным обращаемости, а также посещаемости амбулаторно-поликлинических учреждений позволяет органам практического здравоохранения разработать основные направления развития и совершенствования амбулаторно-поликлинической помощи, что особенно важно при введении системы медицинского страхования. В ходе рассуждений авторы убеждают нас, что, несмотря на все многочисленные факторы, вызывающие заболевания у населения, заболеваемость по данным обращаемости не всегда отражает действительный уровень здоровья населения, т.к. зависит от доступности медицинской помощи, медицинской активности населения и других факторов.
Приведенные в статье сведения и полученная информация помогают определить пути совершенствования организационных форм амбулаторно-поликлинической и стационарной медицинской помощи населению, повышения эффективности профилактических осмотров, диспансерного наблюдения, может служить базой для создания динамического регистра контроля за состоянием здоровья населения с формированием банка данных. Изучение заболеваемости по данным обращаемости имеет важное значение для анализа доступности тех или иных видов медицинской помощи разным по возрастно-половому составу, социальной принадлежности, профессиональной занятости группам населения; уровня санитарной культуры и заинтересованности населения в сохранении своего здоровья.
Прочитайте текст «Факторы, влияющие на изменение климата» (упр. 2). Сравните два приведенных конспекта, определите их тип, укажите различия между этим типами конспектов. Проанализируйте конспекты, выделите их смысловые части. Опираясь на конспекты, перескажите текст. Какой тип конспекта помогает более легко развернуть текст?
Конспект 1
1. Антропогенное воздействие на климат.
2. Природные факторы воздействия: астрономические, геофизические, метеорологические.
3. Астрономические факторы, связанные с влиянием на движение Земли тел Солнечной системы.
4. Изменение параметров земной орбиты и наклона земной оси как причина глобальных колебаний климата в прошлом.
5. Геофизические факторы, связанные со свойствами Земли как планеты.
6. Метеорологические факторы, включающие химический состав атмосферы и гидросферы, их массу.
Конспект 2
|
|
|
