Температуры и давления

Агрегатные состояния вещества и переходы между ними в зависимости от

температуры и давления

Веществом называется совокупность большого количества частиц (атомов, молекул, ионов). Вещество может существовать и иметь определенное строение только за счет тех или иных взаи­модействий между составляющими его частицами. При этом структура вещества, его физические свойства очень сильно зави­сят от энергии этих взаимодействий и ее соотношения с тепловой энергией движения частиц.

Для большинства веществ существуют четыре ясно отличаю­щихся друг от друга состояния, переход между которыми осу­ществляется при изменении температуры. Эти состояния называ­ются агрегатными: твердое, жидкое, газообразное, плазменное.

Для каждого вещества существует температура, при которой энергия связи между его частицами превышает энергию их теп­ловых колебаний. При этом колебательное движение, конечно, не прекращается, но его недостаточно для разрыва связей между частицами. При этом частицы обычно образуют правильную гео­метрическую структуру. Это состояние вещества называется твердым.

При повышении температуры наступает момент, когда энер­гия тепловых колебаний превышает энергию связей между части­цами и они начинают поступательное движение. Геометрическая структура разрушается. Однако пока энергия поступательного движения не настолько велика, чтобы частицы могли оконча­тельно оторваться друг от друга: они двигаются, сохраняя между собой постоянное расстояние. Такое состояние вещества называ­ется жидким.

При дальнейшем повышении температуры энергия поступа­тельного теплового движения превышает энергию взаимодейст­вий между частицами, и они могут оторваться друг от друга.

Поскольку с увеличением расстояния сила взаимодействия пада­ет, частицы располагаются на таком расстоянии друг от друга, какое возможно при их концентрации. Это состояние называется газообразным.

При сверхвысоких температурах либо в электрическом поле очень высокого напряжения возникает четвертое состояние — плазма. Строго говоря, это уже другое вещество, поскольку ха­рактеризуется наличием большого количества ионизированных молекул и свободных электронов.

Диаграммы состояния

Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое определяется не только температурой, но и давлением. Особенно сильна последняя зависимость для перехода жидкость — газ. При низких температурах и высоких давлениях вещество находится в твердом состоянии, при понижении температуры и давления переходит в жидкое и газообразное. При этом для каждого индивидуального вещества эти переходы имеют строгие количествен­ные характеристики, которые наглядно отображаются так называемой фазовой диаграммой состояния. Это двумерная диаграм­ма, на осях которой отложены значе­ния температуры и давления, а сама диаграмма в простейшем случае пред­ставляет собой три линии, сходящие­ся в одной точке. Эти линии разделя­ют собой те области температуры и давления, которые соответствуют жидкому, твердому и газообразному состояниям (рис. 16).

Подробно о диаграмме состояния и ее свойствах рассказывается в курсе физики.