Jakub Nowak klasa 1 c

1. Jakub Nowakklasa 1�c�

2. Z tej pracy dowiesz sie m.in.: O co chodzi, czyli: wazniejsze pojecia, kilka eksperyment�w, troche historii i ciekawostek. Elementy teorii kinetyczno-molekularnej gazu doskonalego oraz jak temperatura wplywa na ruch czasteczek Kinetyczno-czasteczkowa teoria budowy cieczy � ruch Browna Kinetyczno-czasteczkowa teoria budowy cial stalych � jak zachowuja sie ciala stale w r�znych temperaturach

3. Kinetyczno- czasteczkowa teoria budowy materii Jest to teoria, kt�ra dotyczy budowy materii (czyli wszystko co nas otacza i nawet Ciebie tez) kt�ra jest zbudowana z czasteczek, i dzieki niej jestesmy wstanie opisac jej wlasnosci i przewidziec co sie z nia bedzie dzialo w okreslonych warunkach fizyczno-chemicznych, dlatego zapraszam do wysluchania (przeczytania) calej prezentacji. Zalozenia teorii kinetyczno -molekularnej budowy materii. a) ciala maja budowe nieciagla , skladaja sie z drobnych element�w w postaci atom�w lub czastek (molekul). b) wymienione elementy budowy cial sa w ciaglym ruchu . Wartosci liczbowe i kierunki predkosci poszczeg�lnych element�w sa r�zne . c) pomiedzy poszczeg�lnymi elementami budowy cial wystepuja sily wzajemnego oddzialywania .

4. Atom Czasteczka (molekul) � obojetna elektrycznie grupa atom�w trwale ze soba polaczonych wiazaniami chemicznymi. Atom (z gr. ?t?�?? atomos: "niepodzielny") � najmniejszy, niepodzielny metodami chemicznymi skladnik materii.

5. Troche historii odnosnie atomu Historia modeli budowy atom�w (czyli jak ludzkosc doszla do tego co dzis wie na temat atomu): Niepodzielna kulka � na samym poczatku uwazano, ze atom jest niepodzielna, sztywna, bez struktury wewnetrznej kulka, Model rodzynkowy (Thomsona)- odkrycie elektron�w zmienia poglady, teraz atom jest kulka, w kt�rej sa mniejsze kulki (elektrony), tak jak w ciescie sa rodzynki, Model jadrowy - zwany tez planetarnym (model Rutheforda), wiekszosc masy i calkowity ladunek dodatni skupiony jest w malej przestrzeni w centrum atomu zwanej jadrem, elektrony kraza wok�l jadra,

6. Troche historii � cd. Model atomu Bohra - elektrony moga poruszac sie wok�l jadra tylko po okreslonych orbitach, wyjasnia jak poruszaja sie elektrony wok�l jadra, ale nie podaje przyczyny, Model kwantowy (ruchu elektron�w wok�l jadra) - mechanika kwantowa wyjasnia dlaczego elektrony przyjmuja okreslone energie. Kolejne modele wyjasniaja budowe jadra atomowego

7. Troche historii o teorii Juz w IV w. p.n.e. grecki filozof Demokryt twierdzil, ze materia zbudowana jest z bardzo malych niepodzielnych czasteczek - atom�w. Pierwsza wsp�lczesna hipoteze kinetyczno-molekularna gazu zawdzieczamy Danielowi Bernoulliemu (koniec XVIII w.). Rozwineli ja wielcy chemicy ,tacy jak Antonie Lavoisier czy John Dalton jednak na eksperymentalne potwierdzenie ich teorii trzeba bylo jednak czekac do poczatk�w XX wieku.

8. Pierwszy eksperyment potwierdzajacy teorie Zastan�wmy sie, jakie doswiadczenia moga potwierdzic fakt, ze np. powietrze sklada sie z bardzo malych, szybko poruszajacych sie drobin?

9. Ruchy Browna � cd. Wyjasnienie ruch�w Browna, kt�re poczatkowo brane byly za przejawy ruch�w zywych organizm�w, stanowilo w fizyce swego rodzaju rewolucje. Byl to pierwszy eksperyment bezposrednio potwierdzajacy kinetyczno-molekularna teorie budowy materii. Wlasciwa interpretacje ruch�w Browna podali r�wnoczesnie w 1905 roku Marian Smoluchowski, profesor Uniwersytetu Jagiellonskiego oraz Albert Einstein.

10. Stany skupienia Ile jest stan�w skupienia? (3 podstawowe +3 posrednie, a naukowcy wciaz prowadza badania nad innymi) Wiec jakie sa te stany? (ciala stale (krysztaly), ciecze i gazy, oraz plazma (wiek XIX), kondensat Bosego - Einsteina i kondensat fermion�w)

11. Elementy teorii kinetyczno--molekularnej gazu doskonalego Podwaliny teorii kinetyczno-molekularnej gazu doskonalego zawdzieczamy Bernoulliemu (1700-1782). Ostatecznie prace Clausiusa (1822-1888) oraz Boltzmanna (1844-1906) pozwolily na stworzenie teorii, kt�ra doskonale tlumaczy i interpretuje zachowanie sie gaz�w. Wedlug teorii kinetyczno-molekularnej gaz doskonaly sklada sie z szybko poruszajacych sie czasteczek, zderzajacych sie ze soba i bombardujacych scianki naczynia, czego wynikiem jest cisnienie gazu.

12. Elementy teorii kinetyczno--molekularnej gazu doskonalego Aby to cisnienie obliczyc, musimy przyjac nastepujace zalozenia: a) czasteczki gazu doskonalego traktujemy jako bardzo male, doskonale sprezyste kulki poruszajace sie chaotycznie we wszystkich kierunkach; b) sily wzajemnego przyciagania sie czasteczek zaniedbujemy; c) liczba wzajemnych zderzen pomiedzy czasteczkami jest niewielka, innymi slowy - czasteczki znacznie czesciej uderzaja w scianki naczynia niz zderzaja sie miedzy soba.

13. Dyfuzja w gazie - doswiadczenie potwierdzajace teorie �Dyfuzja w gazie" Na dno menzurki wpuszczamy kilka kropli kwasu azotowego, a nastepnie wkladamy w nie miedziana blaszke zawieszona na cienkim drucie. Reakcja miedzi z kwasem azotowym prowadzi do wydzielenia sie brunatnego gazu dwutlenku azotu (NO2). Blaszke dotad trzymamy w kwasie, az brunatny dwutlenek azotu nie wypelni polowy menzurki. Wtedy delikatnie wyciagamy blaszke, a menzurke przykrywamy. Pomiedzy powietrzem a ciezszym od niego dwutlenkiem azotu istnieje poczatkowo ostra granica, kt�ra z uplywem czasu zaczyna sie rozmywac.

14. Dyfuzja w gazie - doswiadczenie potwierdzajace teorie Po kilku godzinach nastepuje calkowite wy mieszanie gaz�w. Ciezsze czasteczki NO2, wbrew sile ciezkosci, wskutek wlasnego ruchu wedruja do g�ry. W ten sam spos�b lzejsze czasteczki powietrza znalazly sie na dole menzurki. Mozemy zatem powiedziec:

15. Rozklad Maxwella Wezmy pod uwage duza liczbe czasteczek gazu w okreslonej objetosci, w stalej temperaturze. Poruszaja sie one z bardzo r�znymi predkosciami, kt�re spelniaja jednak pewien warunek. Gdy na osi y odlozymy liczbe czasteczek majacych dana predkosc v, na osi x ich predkosc v, to otrzymamy scisle okreslona krzywa zwana rozkladem Maxwella.

16. Srednia energia kinetyczna gazu doskonalego Wezmy pod uwage gaz doskonaly, w kt�rym N czasteczek, zgodnie z naszymi wczesniejszymi zalozeniami, porusza sie we wszystkich mozliwych kierunkach z r�znymi predkosciami v1 v2,...vn. Jezeli zalozymy, ze czasteczki maja taka sama mase (gaz jednorodny), to kazdej z nich mozemy przypisac odpowiednia energie kinetyczna:

17. Srednia energia kinetyczna gazu doskonalego Zatem calkowita energia kinetyczna wszystkich czasteczek gazu wynosi:

18. Srednia energia kinetyczna gazu doskonalego Mozna udowodnic, ze pomiedzy iloczynem cisnienia i objetosci a srednia energia kinetyczna czasteczek istnieje nastepujacy zwiazek:

19. Srednia energia kinetyczna gazu doskonalego a temperatura Skad:

20. Srednia energia kinetyczna gazu doskonalego a temperatura Jest to niezwykle istotne r�wnanie przedstawiajace sens temperatury i jej zwiazek z ruchem czasteczek. Pozwala ono wyliczyc np. srednia predkosc czasteczek gazu. Jak z niego wynika o temperaturze mozemy m�wic tam, gdzie istnieja czasteczki! Wiesz z jaka predkoscia bombarduja cie czasteczki powietrza ze wszystkich stron w temp. Pokojowej (ok. 20 st. Celsjusza) (Odp: 510 m/s )

21. Cieplik - a co to takiego??� Jeszcze w XIX wieku powszechnie byla przyjmowana teoria cieplika. Zakladala ona, ze ogrzewanie i oziebianie cial jest powiazane z przeplywem specjalnego fluidu zwanego cieplikiem. Co ciekawe - mimo, ze teoria ta jako calosc jest bledna, to w czesci zastosowan calkiem dobrze przewidywala zjawiska cieplne.�W oparciu o nia fizykom udalo sie nawet dojsc do (uznawanej przeciez do dzisiaj) II zasady termodynamiki.�Jednak wobec bardzo wielu zjawisk, teoria cieplika okazala sie bezsilna. Nie pozwala ona na prawidlowe wytlumaczenie ruch�w Browna, dyfuzji i wielu innych zjawisk.

22. �a jak dzis tlumaczymy zjawiska cieplne. Dzis wiemy, ze nie ma fluidu zwanego cieplikiem. Wszystkie zjawiska termodynamiki (i nie tylko tego dzialu) tlumaczy sie w oparciu o teorie kinetyczno - czasteczkowa. Jej wielka dodatkowa zaleta jest to, ze w sp�jna calosc laczy fizyke i chemie. Teoria kinetyczno czasteczkowa zjawiska cieplne tlumaczy za pomoca ruchu czasteczek. Przekazywanie energii na poziomie mikroskopowym (przeplyw ciepla) zwiazane jest z wzajemnymi zderzeniami tych czasteczek. Im szybciej poruszaja sie czasteczki/ atomy danego ciala, tym wieksza jest temperatura ciala. W temperaturze zera bezwzglednego czasteczki nie poruszaja sie wcale.�

23. Temperatura a �ruchliwosc� czasteczek w gazie Gorace ciala skladaja sie czasteczek energicznie poruszajacych sie, chlodne ciala maja czasteczki bardziej �leniwe�. Oczywiscie wraz ze wzrostem predkosci rosnie takze energia kinetyczna czasteczek.�

24. Teoria kinetyczno-czasteczkowa cieczy i cial stalych W przypadku gaz�w moglismy zaniedbac oddzialywania pomiedzy czasteczkami i wszystkie aspekty energetyczne sprowadzic do ruchu czasteczek i zwiazanej z nim energii kinetycznej. Inaczej jest dla cieczy i cial stalych. Mniejsza odleglosc pomiedzy czasteczkami prowadzi do pojawienia sie oddzialywan pomiedzy nimi. Sa to oddzialywania elektryczne.

25. Kinetyczno-czasteczkowa teoria budowy cial stalych Ciala stale maja budowe, kt�ra nie jest ciagla. Zbudowane sa z atom�w, czasteczek itd. Czasteczki nie tworza wolnych przestrzeni miedzy soba i znajduja sie w ciaglym uporzadkowanym stanie. Tworza one uporzadkowane struktury przestrzenne zwane krysztalami. Miedzy czasteczkami cial stalych dzialaja bardzo duze sily miedzyczasteczkowe, a poniewaz odleglosci miedzy czasteczkami sa male utrzymuja czasteczki na tych samych odleglosciach w spos�b trwaly. Jezeli dzialanie sily zewnetrznej wplywa na zmiane tych odleglosci to nastepuje odksztalcenie ciala stalego.

26. Kinetyczno-czasteczkowa teoria budowa cieczy Czasteczki cieczy znajduja sie w ciaglym chaotycznym ruchu. Dowodem na ten ruch jest zjawisko dyfuzji oraz zjawisko ruchu Browna. Miedzy czasteczkami cieczy dzialaja sily wzajemnego oddzialywania tzw. sily sp�jnosci. Przejawem istnienia sil miedzyczasteczkowych jest istnienie kropli cieczy, oraz istnienie na powierzchni cieczy tzw. blony powierzchniowej.

27. Doswiadczenia potwierdzajace czasteczkowa budowe cieczy i cial stalych Z� wielu doswiadczen potwierdzajacych czasteczkowa budowe cieczy i cial stalych uwage skoncentrujemy na ruchach Browna i dyfuzji. �Obserwacja ruch�w Browna w cieczy" W doswiadczeniu mozna uzyc rozcienczonego w wodzie mleka wzglednie czarnego, chinskiego tuszu. Obraz ogladamy za pomoca mikroskopu. W jednym i drugim przypadku, przy powiekszeniu okolo 100 razy mozna zaobserwowac kulki tluszczu lub sadzy, drgajace wskutek bombardowan czasteczkami wody. Efekt jest wprawdzie mniej spektakularny niz efekt obserwowany dla czasteczek dymu, ale i w tym przypadku ruchy Browna sa doskonale widoczne.

28. Doswiadczenia potwierdzajace czasteczkowa budowe cieczy i cial stalych Doswiadczenie �Dyfuzja w cieczach�" Do menzurki wypelnionej woda, kt�ra posiada temperature r�wna temperaturze otoczenia, wpuszczamy na dno za pomoca pipety atrament. Tworzy on wyraznie wyodrebniona warstwe. Jezeli tak spreparowana ciecz odstawimy w miejsce, gdzie panuje mniej wiecej jednakowa temperatura i pozostawimy na kilka dni, to w miare uplywu czasu bedziemy obserwowac stopniowe rozmywanie sie ostrej granicy pomiedzy atramentem i woda. Dopiero po kilkunastu dniach nastapi calkowite wymieszanie sie wody i atramentu.

29. Teoria kinetyczno-czasteczkowa cieczy i cial stalych Czasteczki gazu maja na tyle duza swobode ruchu, ze zderzaja sie stosunkowo rzadko. Ich wzajemne oddzialywania mozemy pominac. W rzeczywistosci pomiedzy czasteczkami dzialaja kr�tko zasiegowe sily wynikajace z oddzialywan elektrycznych, kt�rych zaleznosc w funkcji odleglosci pomiedzy czasteczkami przedstawia rysunek:

30. Obserwacja istnienia sil oddzialywania miedzyczasteczkowego Kiedy czasteczki sa dostatecznie blisko, dzialaja na siebie silami przyciagania. Mozemy sie o tym przekonac, laczac ze soba dwa lusterka. Ich rozerwanie wymaga znacznej sily. W przypadku bardzo gladkiej powierzchni szkla, blisko siebie znajduje sie bardzo duza liczba czasteczek. Suma ich wzajemnych oddzialywan powoduje powstawanie sily, kt�ra zespala lusterka. Podobna sytuacje mozna zaobserwowac dla bardzo dobrze wypolerowanych powierzchni metali. Zbyt precyzyjne wypolerowanie, stykajacych sie ze soba czesci metalowych moze doprowadzic do wzrostu sily tarcia.

31. Odleglosci miedzy czasteczkami Wbrew utartym opiniom, srednie odleglosci pomiedzy czasteczkami gazu i cieczy czy ciala stalego nie sa tak dalece r�zne. Wezmy pod uwage dwutlenek wegla. Srednia odleglosc pomiedzy czasteczkami w gazie wynosi: Srednia odleglosc pomiedzy czasteczkami w stanie cieklym wynosi: i jest niecale osiem razy wieksza niz w ciele stalym.

32. Czym r�zni sie stan ciekly od stalego? W cialach stalych i cieczach odleglosci pomiedzy czasteczkami sa z duza dokladnoscia takie same. Mozemy przyjac, ze zar�wno w cialach stalych jak i w cieczach czasteczki sa r�wnie dobrze �upakowane". Swiadczy o tym, miedzy innymi bardzo mala scisliwosc cieczy i cial stalych. Cisnienie 107 Pa wywierane na wode powoduje zmniejszenie jej objetosci o okolo 0,5%.

33. Czym r�zni sie stan ciekly od stalego? Zatem, co stanowi o tym, ze substancja w jednej temperaturze jest w stanie stalym, a w innej (wyzszej) w stanie cieklym? To czy mamy do czynienia z ciecza, czy z cialem stalym, zalezy od stosunku energii kinetycznej czasteczki do jej energii potencjalnej. W przypadku gazu bralismy pod uwage jedynie energie kinetyczna, udzial energii potencjalnej czasteczki zaniedbywalismy. Swobodnie poruszajace sie czasteczki gazu wypelniaja cale naczynie:

34. Czym r�zni sie stan CIEKLY od stalego? Czasteczki cieczy posiadaj a zar�wno energie kinetyczna jak i potencjalna (zwiazana z oddzialywaniami pomiedzy nimi). Wprawdzie pierwsza z nich posiada wieksza wartosc, ale swoboda ruchu czasteczek jest wyraznie ograniczona. Rentgenowska analiza struktury cieczy wykazala, ze istnieje okreslony porzadek w ulozeniu czasteczek cieczy, szczeg�lnie w poblizu punktu krzepniecia. Ten wyrazny udzial energii potencjalnej powoduje tworzenie sie swobodnej powierzchni bedacej cecha charakterystyczna cieczy.

35. Czym r�zni sie stan ciekly od STALEGO? W cialach stalych, wskutek przewagi energii potencjalnej, czasteczki tworza strukture krystaliczna i moga drgac jedynie w ramach tej struktury.

36. A co z temperatura w cialach stalych i cieczach? Jak pamietamy temperatura miala bardzo duze znaczenia gdy m�wilem o stanie gazowym. Podobnie jest i teraz. Wzrost temperatury, wskutek zwiekszenia sie drgan, prowadzi do wzrostu objetosci zar�wno cial stalych jak i cieczy. Jednym z wyjatk�w jest woda, kt�rej objetosc maleje w przedziale temperatur od 0�C do 4�C (tzw. anomalna rozszerzalnosc wody).

37. Dziekuje za uwage !!