Гази, рідини та тверді тіла
У попередньому розділі, присвяченому основним положенням МКТ, ми коротко описали молекулярну будову газів, рідин та твердих тіл. Зупинимося на цьому питанні докладніше.
Гази є найпростішим об'єктом для вивчення в теорії. Чому? Справа в тому, що середні відстані між частинками газів набагато перевищують розміри частинок. У проміжках між соударениями частки газу проходять відстані, які кілька порядків перевищують власні розміри (рис. 3 ).
Мал. 3. Частинки газу
Наприклад, у повітрі за нормальних умов довжина вільного пробігу молекули становить приблизно 10 5 см. Це на три порядки перевищує середній розмір молекули (10 8 см).
За таких великих відстаней між частинками сили міжмолекулярної взаємодії виявляються дуже незначними. У багатьох ситуаціях взаємодію частинок газу на відстані можна знехтувати і враховувати лише їх зіткнення один з одним. Ось чому вивчати гази набагато простіше, ніж рідини чи тверді тіла.
Не відчуваючи сильного тяжіння з боку інших частинок, будь-яка частка газу має повну свободу пересування і може опинитися в будь-якому місці судини. Тому гази немає ні фіксованої форми, ні фіксованого обсягу. Ми можемо помістити цю порцію газу в будь-яку посудину, і газ завжди займе весь наданий йому обсяг. Залежно від обсягу судини змінюватимуться лише середні відстані між частинками газу.
Здатність газів змінювати свій обсяг знаходить найширше застосування у техніці. p align="justify"> Функціонування теплових двигунів і багатьох інших пристроїв засноване в кінцевому рахунку на тому, що газ при розширенні переміщає поршень і здійснює роботу.
2.2 Тверді тіла
Якщо порівнювати з газами, то твердітіла є їхньою повною протилежністю. Ні про яку свободу пересування частки твердих тіл навіть «не думають».
У твердих тілах частинки розташовані дуже близько одна до одної: відстані між частинками порядку розміру самих частинок. Сили взаємодії між частинками твердого тіла дуже великі; розташування частинок у просторі має періодичну повторюваність і утворює так звану кристалічну решітку.
Наприклад, на рис. 4 представлена просторова модель кристалічної решітки кремнію 4 . Кульки це атоми кремнію, а трубки між кульками зображують сили взаємодії між атомами.
Мал. 4. Просторова модель кристалічної решітки
Атоми кремнію, як бачите, розташовані в просторі періодично, причому кожен атом зчеплений з чотирма іншими атомами. На рис. 5 ми бачимо плоске зображення тієї ж кристалічної решітки (до того ж показані електрони, що знаходяться на зовнішніх оболонках атомів кремнію).