TEMAT: WŁAŚCIWOŚCI MATERII
Ciała fizyczne są to otaczające nas przedmioty, a także – rośliny, zwierzęta i ludzie.
Substancją nazywamy materiał, z którego zbudowane są ciała fizyczne.
Wszystkie substancje w przyrodzie mogą występować w trzech stanach skupienia: stałym, ciekłym i gazowym (lotnym).
Rodzaj substancji i temperatura otoczenia decydują o tym, w jakim stanie skupienia występuje substancja.
W trzech stanach skupienia jednocześnie może występować w przyrodzie tylko woda (lód, woda, para wodna).
Przykłady:
1. Kra, dym (cząsteczki węgla), klocek to przykłady ciał stałych.
2. Woda, mgła, sok to przykłady cieczy.
3. Para wodna, gaz neon, pary metali to przykłady substancji w stanie lotnym.
4. Lód, woda i para wodna to ta sama substancja.
Ciała fizyczne dzielimy na (zależnie od stanów skupienia):
• stałe
• ciekłe
• gazowe
Ciała stałe – mają własny, określony kształt. Kształt niektórych ciał stałych można łatwo
zmienić. Odznaczają się różnymi cechami: kruchością, sprężystością, plastycznością itp.
Objętość ciała stałego można wyznaczyć metodą wypierania przez to ciało cieczy z
naczynia. Niektóre ciała stałe (np. metale, grafit) są dobrymi przewodnikami ciepła i
elektryczności.
Ciecze - nie mają własnego kształtu, nalane do naczynia przybierają jego kształt i dają się
przelewać. Mają swoją objętość, którą trudno jest zmienić, tzn. są mało ściśliwe. Wlane do
naczynia tworzą samorzutnie swoją górna powierzchnie, zwaną powierzchnią swobodną.
Słabo przewodzą ciepło, natomiast niektóre przewodzą prąd elektryczny.
Gazy – podobnie jak ciecze przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują. Łatwo
zmieniają objętość (są ściśliwe i rozprężliwe). Samorzutnie wypełniają całą dostępną
przestrzeń. Są złymi przewodnikami zarówno prądu elektrycznego jaki i ciepła. Wywierają
nacisk na ciała, które się w nich znajdują.
Zmiany stanów skupienia materii:
Topnienie
Krzepnięcie
Parowanie
Skraplanie
Sublimacja
Resublimacja
Topnienie – zjawisko fizyczne polegające na zmianie stanu skupienia ciała stałego w ciecz.
Krzepniecie – zmiana stanu skupienia cieczy w ciało stałe.
WAŻNE!
Dla większości substancji temperatura topnienia i krzepnięcia jest stała i charakterystyczna dla określonej substancji, np. dla wody 0ºC w warunkach normalnych (ciśnienie 1013,25 hPa i temperatura 273,15K = 0ºC).
T [K ]= T [c] + 273K
0K = -273C
0C = 273K
Parowanie – zmiana stanu skupienia cieczy w stan lotny.
WAŻNE!
Parowanie z powierzchni cieczy odbywa się w każdej temperaturze, za wyjątkiem temperatury wrzenia. Wrzenie zachodzi w stałej temperaturze (zwanej temperaturą wrzenia), charakterystycznej dla danej cieczy i polega na parowaniu w całej objętości cieczy, np. dla wody w temperaturze 100ºC przy normalnych warunkach.
Skraplanie – zmiana stanu lotnego substancji w ciecz.
Sublimacja – zmiana stanu stałego bezpośrednio w stan lotny, np. parowanie naftaliny.
Resublimacja – zmiana ciała lotnego bezpośrednio w stan stały, np. pary wodnej w szron.
Wszystkie ciała istniejące w przyrodzie są zbudowane z atomów, które mogą łączyć się ze sobą tworząc cząsteczki. Cząsteczki lub atomy łącząc się ze sobą tworzą ciało fizyczne (budują je).
Między ciałami fizycznymi występują oddziaływania.
Oddziaływanie występuje, gdy
mamy co najmniej dwa ciała fizyczne, które na siebie oddziaływają
ciało fizyczne i ośrodek, w którym to ciało się znajduje (np. kamień – ciało fizyczne w wodzie – która będzie ośrodkiem, piłka – ciało fizyczne w powietrzu – które będzie ośrodkiem)
ciało fizyczne w polu (elektrycznym lub magnetycznym), wtedy to pole jest ośrodkiem w którym ciało fizyczne się znajduje.
Rodzaje oddziaływań:
sprężyste – kiedy na ciało działa siła i je odkształca (rozciąga, zgniata, wydłuża), ale po ustaniu działania siły ciało powraca do początkowego stanu
grawitacyjne – kiedy na ciało działa siła grawitacyjna, czyli zmienia ono swoją wysokość względem ziemi, podłogi (np. podrzucony do góry długopis, spadające jabłko)
magnetyczne – kiedy ciało znajduje się w polu magnetycznym (w obecności magnesu lub ciała namagnetyzowanego, np. szpilka w pobliży magnesu)
elektrostatyczne – kiedy ciało nabiera jakiś ładunek elektryczny i przez to oddziaływuje z innymi ciałami naładowanymi (np. naelektryzowane włosy, naelektryzowana kartka)
międzycząsteczkowe – cząsteczki znajdujące się w bliskiej odległości działają na siebie (bardzo słabe oddziaływanie)
Rozszerzalność temperaturowa ciał – pod wpływem zmiany temperatury ciała stałe, ciecze i gazy zmieniają swoją objętość. Większość ciał stałych pod wpływem wzrostu temperatury zwiększa swoją objętość – zwiększają się odległości między cząsteczkami tych ciał. Wzrost temperatury ciała powoduje zwiększenie jego objętości i odwrotnie.
Anomalna rozszerzalność wody – woda w odróżnieniu od innych cieczy kurczy się ogrzewana od 0ºC do 4ºC, następnie od 4ºC i wyżej zachowuje się jak inne ciecze.
Bimetal – dwuwarstwowy pasek metali o różnej rozszerzalności termicznej (wykorzystany jako termostat, np. w żelazkach itp.).
Zapamiętaj:
1. Woda jest cieczą wyjątkową: od 0ºC do 4ºC zmniejsza objętość.
2. Ciała stałe z różnych substancji rozszerzają się niejednakowo (np. bimetale).
3. Przy jednakowym ciśnieniu i zwiększeniu temperatury wzrost objętości dla wszystkich gazów jest jednakowy.
Rozszerzalność objętościowa – wzrost objętości.
V = α • T • V0
ΔV – przyrost (zmiana) objętości
α – współczynnik rozszerzalności objętościowej (zależy od temperatury) [1/K]
ΔT – przyrost (zmiana) temperatury
V0 – objętość początkowa
Rozszerzalność liniowa – wzrost długości
l = β • T • l0
Δl – przyrost (zmiana) długości
β – współczynnik rozszerzalności liniowej (zależy od temperatury) [1/K]
ΔT – przyrost (zmiana) temperatury
l0 – długość początkowa
Zadanie 1:
Przy temperaturze 19 °C długość szklanej rurki jest równa 2m. Wiedząc, że przy wzroście temperatury do 58,5 °C następuje zmiana długości Δl = 1,5 mm (milimetra), oblicz: współczynnik rozszerzalności liniowej β.
Sprężystość ciał:
Prawo Hooke’a określa zależność odkształcenia od naprężenia. Odkształcenie pod wpływem działającej na ciało siły jest wprost proporcjonalne do tej siły.
Zapamiętaj:
1. Ze sprężystością ciała mamy do czynienia wówczas, kiedy po ustaniu oddziaływania siły ciało powraca do poprzedniego kształtu.
2. Maksymalną siłę, pod działaniem której ciało zachowuje jeszcze sprężystość, określamy jako granicę sprężystości.
3. Przyrost długości ciała jest proporcjonalny do wartości działającej na nie siły.
Właściwości ciał stałych, cieczy i gazów wynikają z cząsteczkowej budowy materii. A zatem wszystkie ciała są zbudowane z cząsteczek (drobin), które są w ciągłym ruchu.
Ruchy Browna – chaotyczne poruszanie się cząsteczek.
Dyfuzja – polega na samoistnym mieszaniu się cząsteczek. Zjawisko dyfuzji zachodzi zarówno w cieczach, gazach, jak i ciałach stałych. Szybkość dyfuzji zależy od rodzaju substancji, stanu skupienia i temperatury.
Osmoza – zjawisko podobne do dyfuzji, polega na przenikaniu substancji przez błonę.
Kryształy – ciała stałe, w których drobiny tworzą uporządkowaną strukturę, zwaną siecią krystaliczną.
Ciała amorficzne – ciała stałe, których drobiny tworzą strukturę nieregularna, przypominają swoją budową ciecz.
Kontrakcja – zmniejszenie objętości przy mieszaniu niektórych rozpuszczających się wzajemnie cieczy, wskutek różnicy wielkości drobin, z których zbudowane są ciecze.
TEST
Trzy stany skupienia ciał
Podstawą badań przyrodniczych są doświadczenia. Wykonując doświadczenia używa się różnych przedmiotów na przykład piłki, plasteliny czy szklanki. Fizycy nazywają te przedmioty ciałami fizycznymi, a materiał z którego są wykonane substancją. W przyrodzie substancje mogą występować w trzech stanach skupienia: stałym, ciekłym lub gazowym. Mogą też zmieniać swój stan, w zależności od warunków, miedzy innymi od ogrzewania lub oziębiania. Ciecze, gazy i ciała stałe różnią się między sobą budową wewnętrzną i siłą wzajemnych oddziaływań cząsteczek na siebie.
W substancjach gazowych cząsteczki są luźno rozrzucone w przestrzeni, poruszają się chaotycznie we wszystkich kierunkach z dużą prędkością, a odległości między cząsteczkami są w porównaniu z ich rozmiarami duże. Oddziaływania międzycząsteczkowe natomiast są bardzo słabe. Charakterystyczną cechą gazów jest to, że nie mają określonego kształtu i przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują.
W substancjach ciekłych odległości między cząsteczkami są znacznie mniejsze. Cząsteczki przemieszczają się, jednak intensywność ich ruchów jest znacznie mniejsza niż w gazach. Oddziaływania międzycząsteczkowe są już znaczne. Ciecze nie mają określonego kształtu, przyjmują kształt naczynia w którym się znajdują, ale- w przeciwieństwie do gazów trudno zmienić ich objętość.
W ciałach stałych cząsteczki są bardziej „upakowane” i mogą wykonywać tylko niewielkie ruchy. Oddziaływania między cząsteczkami są bardzo duże. Ciała stałe mają określony kształt, a ich objętość bardzo trudno zmienić - objętość ciał stałych zmienia się tylko nieznacznie pod wpływem temperatury. Ze wzrostem temperatury objętość ciał zwiększa się. W miarę ogrzewania zwiększają swoją objętość również ciecze i gazy. Zjawisko to znane jest pod nazwą rozszerzalności temperaturowej ciał. Zjawisko rozszerzalności temperaturowej ciał stałych wykorzystano przy budowie bimetalu, a zjawisko rozszerzalności temperaturowej cieczy wykorzystano przy budowie termometru cieczowego.
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Po uważnym przeczytaniu tekstu pod tytułem „Trzy stany skupienia ciał”, odpowiedz na pytania od 1 do 10. Wybierz jedną z czterech odpowiedzi, którą uznasz za poprawną i zakreśl znakiem kółeczkiem. Jeśli się pomylisz, błędną odpowiedź zaznacz X i zakreśl inną kółeczkiem. Za każde zadanie od 1 do 10 można otrzymać po 1 pkt.
1. Badano ciało fizyczne. Ciałem fizycznym mogło być:
a) rozchodzenie się ciepła,
b) piłka,
c) dźwięk,
d) skraplanie pary.
2. Materiał, z którego zbudowane jest ciało fizyczne, to:
a) masa ciała,
b) substancja,
c) wielkość ciała,
d) kształt ciał
3. W gazach odległości między cząsteczkami są:
a) bardzo małe – cząsteczki przylegają do siebie,
b) niewielkie – ułożenie to jest chaotyczne i ciągle się zmienia,
c) bardzo duże i poruszają się z dużą prędkością,
d) duże a cząsteczki są nieruchome.
4. Charakterystyczną cechą gazów jest to, że:
a) nie mają określonego kształtu i przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują,
b) mają określony kształt, który trudno zmienić,
c) mają określony kształt, który łatwo zmienić,
d) nie mają własnego kształtu, przyjmują kształt naczynia, a od góry tworzą powierzchnię swobodną.
5. Wspólną właściwością ciał stałych i cieczy jest:
a) nie mają wspólnych cech,
b) określony kształt,
c) określona objętość i określony kształt,
d) określona objętość.
6. Wspólną właściwością cieczy i gazów jest:
a) określona objętość i określony kształt,
b) brak określonego kształtu,
c) określony kształt,
d) nie mają wspólnych cech.
7. W ciałach stałych cząsteczki:
a) przylegają do siebie i mogą wykonywać tylko niewielkie ruchy,
b) są oddalone od siebie, a wzajemne oddziaływania cząsteczek jest duże,
c) ułożone są ciasno, ale chaotycznie i ułożenie to ciągle się zmienia.
d) są oddalone od siebie, a wzajemne oddziaływania cząsteczek jest małe,
8. W strzykawce znajduje się jakaś substancja. Przesunięcie tłoka w stronę wylotu zatkanego palcem powoduje znaczne zmniejszenie się objętości zajmowanej przez tę substancję. Z faktu tego można wnioskować, że substancja znajdująca się w strzykawce jest w stanie:
a) stałym,
b) ciekłym,
c) gazowym,
d) na podstawie tej informacji nie można stwierdzić, w jakim stanie skupienia znajduje się substancja.
9. Zjawisko rozszerzalności temperaturowej ciał stałych wykorzystano w budowie:
a) termometru lekarskiego,
b) balonu,
c) bimetalu,
d) żadnego z wyżej wymienionych urządzeń.
10. Zwiększanie objętości ciał stałych, cieczy i gazów w miarę wzrostu temperatury to zjawisko :
a) topnienia,
b) rozszerzalności temperaturowej ciał,
c) zmiany stanu skupienia,
d) parowania.
11. Zjawiska fizyczne przyporządkuj rodzajom oddziaływań. Uzupełnij tabelkę wpisując w odpowiednią rubrykę nazwę oddziaływania. ( 4pkt)
a) spadanie piłki wrzuconej do kosza,
b) napinanie łuku,
c) przyciąganie gwoździków przez magnes,
d) spadanie kasztanów z drzewa,
e) elektryzowanie się włosów przy czesaniu,
f) naciąganie sprężyny,
g) przyciąganie się dwóch magnesów,
h) powstawanie iskier przy zdejmowaniu wełnianego swetra.
Oddziaływanie magnetyczne Oddziaływanie elektrostatyczne Oddziaływanie grawitacyjne Oddziaływanie sprężyste
12. Zamień jednostki temperatury: (3pkt)
a) 0K = ..............ºC
b) 0 ºC = ...............K
c) 1K = ................ ºC
d) 100 ºC = ..............K
e) 400K = ............... ºC
f) 70 ºC =.................K
13. Drut aluminiowy długości 4m po ogrzaniu o 100 ºC wydłużył się o 92mm. O ile wydłuży się 10cm tego drutu? (3pkt)
20pkt –celujący
19pkt-18pkt –bardzo dobry
17pkt-16pkt –dobry
15pkt-9pkt –dostateczny
8pkt – 4pkt – dopuszczający
3pkt – 0pkt - niedostateczny
Suma punktów .................................. Ocena ........................................