Классические состояния вещества
Всем известно, что вещество бывает в трех видах: в твердом, жидком и газообразном. Хотя некоторые ученые утверждают, что плазму тоже следует рассматривать, повсеместно, как правило, используются именно эти три варианта.
Каждый из них определен физическими характеристиками, которые в значительной степени зависят от кинетической энергии молекул, которая отделяет их друг от друга, а также от силы притяжения, которая притягивает их друг к другу. Температура и энергия определяют, какая именно сила победит. Чем выше температура молекул, тем больше вырабатывается кинетической энергии, и тем быстрее они будут двигаться.
Вы можете увидеть это в действии, наблюдая за кубиками льда в стакане, которые представляют собой твердое состояние, когда молекулы находятся в вибрирующей позиции. Когда лед начинает таять, молекулы набирают достаточно кинетической энергии для преодоления силы, пока лед полностью не растает.
При кипячении воды, молекулы чрезвычайно энергичны и их кинетической энергии намного больше, чем сила притяжения между ними. Таким образом, вода становится газом и распространяется за пределы сосуда, в котором она содержалась. В конечном счете, вода будет испаряться.
Статическое электричество
Оно называется статическим по следующей причине: этот тип электроэнергии не перемещается по проводам, а накапливается на поверхности объектов, которые при контакте с другими объектами легко его передает. Как правило, в школе этот процесс демонстрируют при помощи воздушного шара, который трут о ткань.
Конечно, это не то, с чем сталкиваются на практике большинство людей, но принцип можно наблюдать, к примеру, при прикосновении к дверной ручке и получении удара. В этом случае статическое электричество представляет собой движение электронов, перешедших с коврового покрытия на ваше тело, тем самым «вооружая» вас дополнительным зарядом электронов, в результате которого вы и получаете отрицательный статический заряд.
Энтропия
Без помощи холодильника или любого другого устройства для охлаждения, ваш любимый напиток быстро станет теплым.
По сути, принцип говорит об усреднении энергии в результате движения молекул. В прямом смысле, однако, энтропия измеряет неполадки внутри системы, которые не могут самоустраниться.
В случае с напитком, к примеру с лимонадом, «неполадки» внутри стеклянной бутылки увеличиваются по мере нагревания жидкости до комнатной температуры, при этом молекулярное движение в окружающем бутылку воздухе также уменьшается вследствие воздействия тепла.
Термин «энтропия» часто ошибочно используют в дискуссиях о распаде, где, как правило, истинными виновниками являются бактерии.
Дистиллированная вода является диэлектриком
«Водные конденсаторы», где вода является диэлектриком, обычно используются в импульсных системах очень высокого напряжения.
Например, азотные лазеры большой мощности обычно используют водяные конденсаторы в качестве компонента накопления энергии. При использовании в этих приложениях, смола деионизатор используется, чтобы резко уменьшить проводимость воды.
Большим преимуществом использования воды в качестве диэлектрика в этих высоковольтных применениях является то, что она является самовосстанавливающейся, в отличие от твердого Ди электрика. Таким образом, деионизированная вода может и используется в качестве диэлектрика.
Свет имеет вес, но не имеет массы
Если бы был простой ответ, сколько весит свет, мы бы все это знали. На самом деле Эйнштейн доказал, что энергия и масса могут быть одним и тем же – вся энергия имеет некоторую форму массы.
Свет может не иметь покоящейся (или инвариантной) массы, которая описывает вес объекта. Но из-за теории Эйнштейна (и того факта, что свет ведет себя так, как будто он имеет массу, поскольку он подвержен гравитации), мы можем сказать, что масса и энергия существуют вместе. В этом случае мы бы назвали это релятивистской массой – массой, когда объект находится в движении, а не в покое. Таким образом, «вес», который вы измеряете, является формой энергии.
Принцип Бернулли
Задумывались ли вы, как такие тяжелые объекты, как, к примеру, самолеты, могут находиться в воздухе? На этот вопрос вы быстро можете найти ответ, если вам знаком принцип Бернулли. Открытый в 1700-х годах швейцарским физиком и математиком Даниэлем Бернулли (Daniel Bernoulli), этот закон физики гласит, что давление жидкости или газа уменьшается с увеличением его скорости.
Но что же здесь общего с самолетами? Форма крыла при рассечении воздуха создает более низкое давление над крылом, чем под ним. Именно этот перепад давления и помогает самолету взлететь и держаться в воздухе. Чем быстрее движется крыло, тем большая подъемная сила создается, при этом самолет поднимается все выше и выше.
Жидкие, газообразные и твердые тела всегда при нагревании расширяются
Когда к веществу добавляется тепло, молекулы и атомы вибрируют быстрее. Когда атомы вибрируют быстрее, пространство между атомами увеличивается.
Движение и расстояние между частицами определяет состояние вещества. Конечный результат увеличения молекулярного движения состоит в том, что объект расширяется и занимает больше места.
Однако масса объекта остается прежней. Твердые вещества, жидкости и газы расширяются при добавлении тепла. Когда тепло покидает все вещества, молекулы вибрируют медленнее. Атомы могут сблизиться, что приводит к сжатию вещества. Опять масса не изменилась.
Стекло не считается твердым телом, потому что это жидкость
Иногда говорят, что стекло в очень старых церквях толще снизу, чем сверху, потому что стекло – жидкость, и поэтому в течение нескольких веков оно стекало к низу. Это неправда.
В средневековые времена стеклянные панели часто изготавливали методом коронного стекла. Кусок расплавленного стекла раскатывался, выдувался, расширялся, сплющивался и, наконец, вращался в диск, а затем разрезался на стекла. Листы были толще к краю диска и обычно устанавливались так, чтобы более тяжелая сторона находилась внизу.
Чтобы ответить на вопрос “Стекло жидкое или твердое?” мы должны понимать его термодинамические и материальные свойства. Многие твердые вещества имеют кристаллическую структуру в микроскопических масштабах.
Молекулы расположены в правильной решетке. Когда твердое тело нагревается, молекулы колеблются вокруг своего положения в решетке, пока в точке плавления кристалл не разрушится и молекулы не начнут течь.
Существует четкое различие между твердым и жидким состоянием, которое разделено фазовым переходом первого порядка, то есть прерывистым изменением свойств материала, таких как плотность. Замораживание отмечается выделением тепла, известного как жар плавления.
Преломление
Оказывается, что сэр Исаак Ньютон знал кое-что и о свойствах света, поскольку он был первым, кто понял, что солнечный свет на самом деле состоит из всей гаммы цветов, которые в сочетании дают белый.
Эти цвета во всей своей красе можно увидеть во время такого природного явления, как радуга, поскольку это именно тот случай, когда в дело вступает преломление. Когда свет проходит через прозрачный материал, в данном случае капли дождя, его скорость замедляется, в результате чего мы видим изгиб. Угол изгиба немного отличается от длины волны, что и приводит к выявлению ярких цветов, из которых на самом деле и состоит свет.
Звук в воздухе и в воде распространяется с разной скоростью
Звук распространяется на разных скоростях в зависимости от того, через что он проходит. Из трех сред (газ, жидкость и твердое тело) звуковые волны проходят через газы медленнее, быстрее через жидкости и быстрее всего через твердые частицы. Температура также влияет на скорость звука.
Скорость звука зависит от свойств среды, через которую он проходит. Когда мы смотрим на свойства газа, мы видим, что только когда молекулы сталкиваются друг с другом, могут происходить разрежения звуковой волны. Таким образом, имеет смысл сказать, что скорость звука имеет тот же порядок величины, что и средняя молекулярная скорость между столкновениями.
В газе особенно важно знать температуру. Это связано с тем, что при более низких температурах молекулы сталкиваются чаще, что дает звуковой волне больше шансов быстро перемещаться
При замерзании (0° Цельсия) звук распространяется по воздуху со скоростью 331 метр в секунду (около 740 миль в час). Но при 20°C комнатная температура, звук распространяется со скоростью 343 метра в секунду (767 миль в час).
Звук распространяется в жидкостях быстрее, чем в газах, потому что молекулы плотнее упакованы. В пресной воде звуковые волны движутся со скоростью 1482 метра в секунду (около 3315 миль в час). Это более чем в 4 раза быстрее, чем в воздухе!
Несколько обитающих в океане животных полагаются на звуковые волны, чтобы общаться с другими животными и находить пищу и препятствия. Причина, по которой они могут эффективно использовать этот метод связи на больших расстояниях, заключается в том, что в воде звук распространяется намного быстрее.