पदार्थ की ठोस अवस्था अणुओं के बीच की दूरी है। गैसों, द्रवों और ठोस पदार्थों में अणुओं की गति। गतिविधि के प्रकार द्वारा कार्यों का वितरण

आणविक भौतिकी आसान है!

अणुओं की परस्पर क्रिया के बल

पदार्थ के सभी अणु आकर्षण और प्रतिकर्षण की शक्तियों द्वारा परस्पर क्रिया करते हैं।
अणुओं की परस्पर क्रिया का प्रमाण: गीला होने की घटना, संपीड़न और तनाव का प्रतिरोध, ठोस और गैसों की कम संपीडनशीलता आदि।
अणुओं के परस्पर क्रिया का कारण पदार्थ में आवेशित कणों का विद्युत चुम्बकीय अंतःक्रिया है।

इसे कैसे समझाया जा सकता है?

एक परमाणु में एक धनात्मक आवेशित नाभिक और एक ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन खोल होता है। नाभिक का आवेश सभी इलेक्ट्रॉनों के कुल आवेश के बराबर होता है, इसलिए, समग्र रूप से, परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ होता है।
एक या एक से अधिक परमाणुओं से युक्त अणु भी विद्युत रूप से तटस्थ होता है।

आइए हम दो गतिहीन अणुओं के उदाहरण का उपयोग करके अणुओं के बीच अन्योन्यक्रिया पर विचार करें।

प्रकृति में निकायों के बीच गुरुत्वाकर्षण और विद्युत चुम्बकीय बल मौजूद हो सकते हैं।
चूंकि अणुओं का द्रव्यमान अत्यंत छोटा होता है, इसलिए अणुओं के बीच गुरुत्वाकर्षण संपर्क के नगण्य बलों को नजरअंदाज किया जा सकता है।

बहुत बड़ी दूरी पर, अणुओं के बीच कोई विद्युत चुम्बकीय संपर्क भी नहीं होता है।

लेकिन, अणुओं के बीच की दूरी में कमी के साथ, अणु खुद को उन्मुख करना शुरू कर देते हैं ताकि एक दूसरे का सामना करने वाले पक्षों पर अलग-अलग संकेतों के आरोप हों (सामान्य तौर पर, अणु तटस्थ रहते हैं), और अणुओं के बीच आकर्षण बल उत्पन्न होते हैं।

अणुओं के बीच की दूरी में और भी अधिक कमी के साथ, अणुओं के परमाणुओं के ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन कोशों की परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप प्रतिकारक बल उत्पन्न होते हैं।

नतीजतन, आकर्षण और प्रतिकर्षण की ताकतों का योग अणु पर कार्य करता है। बड़ी दूरी पर, आकर्षण बल प्रबल होता है (अणु के 2-3 व्यास की दूरी पर, आकर्षण अधिकतम होता है), छोटी दूरी पर, प्रतिकर्षण बल।

अणुओं के बीच इतनी दूरी होती है कि आकर्षण बल बन जाते हैं समान बलप्रतिकर्षण। अणुओं की इस स्थिति को स्थिर संतुलन की स्थिति कहा जाता है।

एक दूसरे से दूरी पर स्थित और विद्युत चुम्बकीय बलों से बंधे अणुओं में संभावित ऊर्जा होती है।
स्थिर संतुलन की स्थिति में, अणुओं की स्थितिज ऊर्जा न्यूनतम होती है।

एक पदार्थ में, प्रत्येक अणु एक साथ कई पड़ोसी अणुओं के साथ बातचीत करता है, जो अणुओं की न्यूनतम संभावित ऊर्जा के मूल्य को भी प्रभावित करता है।

इसके अलावा, किसी पदार्थ के सभी अणु निरंतर गति में होते हैं, अर्थात। गतिज ऊर्जा रखते हैं।

इस प्रकार, किसी पदार्थ की संरचना और उसके गुण (ठोस, तरल और गैसीय पिंड) अणुओं की परस्पर क्रिया की न्यूनतम संभावित ऊर्जा और अणुओं की तापीय गति की गतिज ऊर्जा के स्टॉक के बीच के अनुपात से निर्धारित होते हैं।

ठोस, तरल और गैसीय पिंडों की संरचना और गुण

पिंडों की संरचना को शरीर के कणों की परस्पर क्रिया और उनकी तापीय गति की प्रकृति द्वारा समझाया गया है।

ठोस

ठोस का एक स्थिर आकार और आयतन होता है, जो व्यावहारिक रूप से असम्पीडित होता है।
अणुओं की परस्पर क्रिया की न्यूनतम स्थितिज ऊर्जा अणुओं की गतिज ऊर्जा से अधिक होती है।
मजबूत कण बातचीत।

एक ठोस में अणुओं की ऊष्मीय गति केवल स्थिर संतुलन स्थिति के आसपास कणों (परमाणुओं, अणुओं) के कंपन द्वारा व्यक्त की जाती है।

आकर्षण की बड़ी शक्तियों के कारण, अणु व्यावहारिक रूप से पदार्थ में अपनी स्थिति नहीं बदल सकते हैं, यह ठोस के आयतन और आकार की अपरिवर्तनीयता की व्याख्या करता है।

अधिकांश ठोस पदार्थों में अंतरिक्ष में कणों की एक क्रमबद्ध व्यवस्था होती है, जो एक नियमित क्रिस्टल जाली बनाती है। पदार्थ के कण (परमाणु, अणु, आयन) कोने पर स्थित होते हैं - क्रिस्टल जाली के नोड्स। क्रिस्टल जाली के नोड्स कणों के स्थिर संतुलन की स्थिति के साथ मेल खाते हैं।
ऐसे ठोस पदार्थ क्रिस्टलीय कहलाते हैं।

तरल

तरल पदार्थों का एक निश्चित आयतन होता है, लेकिन उनका अपना आकार नहीं होता है, वे उस बर्तन का रूप ले लेते हैं जिसमें वे स्थित होते हैं।
अणुओं की परस्पर क्रिया की न्यूनतम स्थितिज ऊर्जा अणुओं की गतिज ऊर्जा के बराबर होती है।
कमजोर कण संपर्क।
एक तरल में अणुओं की तापीय गति को उसके पड़ोसियों द्वारा एक अणु को प्रदान किए गए आयतन के भीतर एक स्थिर संतुलन स्थिति के बारे में कंपन द्वारा व्यक्त किया जाता है

अणु किसी पदार्थ के पूरे आयतन में स्वतंत्र रूप से नहीं चल सकते हैं, लेकिन अणुओं का पड़ोसी स्थानों पर संक्रमण संभव है। यह तरल की तरलता, इसके आकार को बदलने की क्षमता की व्याख्या करता है।

द्रवों में, अणु आकर्षण बलों द्वारा एक-दूसरे से पर्याप्त रूप से बंधे होते हैं, जो तरल के आयतन की अपरिवर्तनीयता की व्याख्या करता है।

एक द्रव में अणुओं के बीच की दूरी अणु के व्यास के लगभग बराबर होती है। अणुओं (तरल का संपीड़न) के बीच की दूरी में कमी के साथ, प्रतिकारक बल तेजी से बढ़ते हैं, इसलिए, तरल पदार्थ असंपीड्य होते हैं।

उनकी संरचना और तापीय गति की प्रकृति के संदर्भ में, तरल पदार्थ ठोस और गैसों के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति पर कब्जा कर लेते हैं।
हालांकि तरल और गैस के बीच का अंतर तरल और ठोस के बीच की तुलना में बहुत अधिक है। उदाहरण के लिए, पिघलने या क्रिस्टलीकरण के दौरान, किसी पिंड का आयतन वाष्पीकरण या संघनन की तुलना में कई गुना कम होता है।

गैसों का एक स्थिर आयतन नहीं होता है और वे उस बर्तन के पूरे आयतन पर कब्जा कर लेते हैं जिसमें वे स्थित होते हैं।
अणुओं की परस्पर क्रिया की न्यूनतम स्थितिज ऊर्जा अणुओं की गतिज ऊर्जा से कम होती है।
पदार्थ के कण व्यावहारिक रूप से परस्पर क्रिया नहीं करते हैं।
गैसों को अणुओं की व्यवस्था और गति में एक पूर्ण विकार की विशेषता होती है।

गैसों में, अणुओं और परमाणुओं के बीच की दूरी आमतौर पर अणुओं के आकार से बहुत बड़ी होती है, और आकर्षण बल बहुत कम होते हैं। इसलिए, गैसों का अपना रूप और स्थिर आयतन नहीं होता है। गैसें आसानी से संकुचित हो जाती हैं क्योंकि बड़ी दूरी पर प्रतिकर्षण बल भी कम होते हैं। गैसों में अनिश्चित काल तक विस्तार करने की संपत्ति होती है, जो उन्हें प्रदान की गई संपूर्ण मात्रा को भर देती है। गैस के अणु बहुत तेज गति से चलते हैं, एक दूसरे से टकराते हैं, एक दूसरे से अलग-अलग दिशाओं में उछलते हैं। पोत की दीवारों पर अणुओं के असंख्य प्रभाव पैदा करते हैं गैस दाब.

द्रवों में अणुओं की गति

तरल पदार्थों में, अणु न केवल एक संतुलन स्थिति के बारे में कंपन करते हैं, बल्कि एक संतुलन स्थिति से आसन्न स्थिति में भी कूदते हैं। ये छलांग समय-समय पर होती है। ऐसी छलांगों के बीच के समय अंतराल को कहते हैं औसत गतिहीन जीवन(या औसत विश्राम समय) और पत्र द्वारा निरूपित? दूसरे शब्दों में, विश्राम का समय एक विशिष्ट संतुलन स्थिति के आसपास दोलन का समय है। कमरे के तापमान पर, यह समय औसतन 10 -11 सेकेंड होता है। एक दोलन का समय 10 -12 ... 10 -13 s है।

बढ़ते तापमान के साथ गतिहीन जीवन कम हो जाता है। तरल अणुओं के बीच की दूरी अणुओं के आकार से कम होती है, कण एक दूसरे के करीब स्थित होते हैं, और अंतर-आणविक आकर्षण बड़ा होता है। हालांकि, पूरे आयतन में तरल अणुओं की व्यवस्था का कड़ाई से आदेश नहीं दिया गया है।

तरल पदार्थ, ठोस की तरह, अपना आयतन बनाए रखते हैं, लेकिन उनका अपना आकार नहीं होता है। इसलिए वे जिस पात्र में होते हैं उसी का रूप धारण कर लेते हैं। तरल में ऐसी संपत्ति होती है जैसे द्रवता... इस संपत्ति के कारण, तरल अपने आकार को बदलने का विरोध नहीं करता है, थोड़ा सिकुड़ता है, और इसके भौतिक गुण तरल (तरल पदार्थों की आइसोट्रॉपी) के अंदर सभी दिशाओं में समान होते हैं। पहली बार, तरल पदार्थों में आणविक गति का चरित्र सोवियत भौतिक विज्ञानी याकोव इलिच फ्रेनकेल (1894 - 1952) द्वारा स्थापित किया गया था।

ठोस में अणुओं की गति Movement

एक ठोस के अणु और परमाणु एक निश्चित क्रम और रूप में व्यवस्थित होते हैं क्रिस्टल लैटिस... ऐसे ठोस पदार्थ क्रिस्टलीय कहलाते हैं। परमाणु संतुलन की स्थिति के चारों ओर दोलन करते हैं, और उनके बीच का आकर्षण बहुत अधिक होता है। इसलिए, सामान्य परिस्थितियों में, ठोस अपना आयतन बनाए रखते हैं और उनका अपना आकार होता है।

100 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर संतृप्त जल वाष्प के अणुओं के बीच औसत दूरी क्या है?

समस्या संख्या 4.1.65 "यूएसपीटीयू के भौतिकी में प्रवेश परीक्षा की तैयारी के लिए समस्याओं का संग्रह" से

दिया गया:

\ (टी = 100 ^ \ सर्किल \) सी, \ (एल -? \)

समस्या का समाधान :

\ (\ nu \) तिल के बराबर कुछ मनमानी मात्रा में जल वाष्प पर विचार करें। जल वाष्प की दी गई मात्रा द्वारा कब्जा कर लिया गया आयतन \ (V \) निर्धारित करने के लिए, आपको क्लैपेरॉन-मेंडेलीव समीकरण का उपयोग करने की आवश्यकता है:

इस सूत्र में, \ (R \) 8.31 J/(mol · K) के बराबर एक सार्वत्रिक गैस स्थिरांक है। 100 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर संतृप्त जल वाष्प दबाव \ (पी \) 100 केपीए है, यह एक ज्ञात तथ्य है, और प्रत्येक छात्र को इसे जानना चाहिए।

जल वाष्प अणुओं की संख्या \ (N \) निर्धारित करने के लिए, निम्न सूत्र का उपयोग करें:

यहाँ \ (N_A \) आवोगाद्रो की संख्या 6.023 · 10 23 1 / mol के बराबर है।

फिर प्रत्येक अणु के लिए मात्रा का एक घन होता है \ (V_0 \), स्पष्ट रूप से सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

\ [(वी_0) = \ फ़्रेक (वी) (एन) \]

\ [(V_0) = \ frac ((\ nu RT)) ((p \ nu (N_A))) = \ frac ((RT)) ((p (N_A))) \]

अब समस्या के आरेख को देखें। प्रत्येक अणु पारंपरिक रूप से अपने स्वयं के घन में स्थित होता है, दो अणुओं के बीच की दूरी 0 से \ (2d \) तक भिन्न हो सकती है, जहां \ (d \) घन किनारे की लंबाई है। औसत दूरी \ (l \) घन के किनारे की लंबाई के बराबर होगी \ (d \):

किनारे की लंबाई \ (d \) इस तरह पाई जा सकती है:

नतीजतन, हमें निम्नलिखित सूत्र मिलता है:

आइए तापमान को केल्विन स्केल में बदलें और उत्तर की गणना करें:

उत्तर: 3.72 एनएम।

यदि आप समाधान नहीं समझते हैं और आपका कोई प्रश्न है या आपको कोई त्रुटि मिली है, तो बेझिझक नीचे एक टिप्पणी छोड़ दें।

ठोस पदार्थ वे होते हैं जो शरीर बनाने में सक्षम होते हैं और जिनमें आयतन होता है। वे अपने आकार में तरल पदार्थ और गैसों से भिन्न होते हैं। ठोस अपने शरीर के आकार को इस तथ्य के कारण बनाए रखते हैं कि उनके कण स्वतंत्र रूप से चलने में सक्षम नहीं हैं। वे अपने घनत्व, प्लास्टिसिटी, विद्युत चालकता और रंग में भिन्न होते हैं। उनके पास अन्य गुण भी हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, इनमें से अधिकांश पदार्थ गर्म होने के दौरान पिघल जाते हैं, एकत्रीकरण की एक तरल अवस्था प्राप्त कर लेते हैं। उनमें से कुछ, गर्म होने पर, तुरंत गैस (उच्च बनाने की क्रिया) में बदल जाते हैं। लेकिन ऐसे भी हैं जो अन्य पदार्थों में विघटित होते हैं।

ठोस के प्रकार

सभी ठोसों को दो समूहों में वर्गीकृत किया गया है।

अनाकार, जिसमें व्यक्तिगत कण अव्यवस्थित रूप से स्थित होते हैं। दूसरे शब्दों में: उनकी कोई स्पष्ट (निश्चित) संरचना नहीं है। ये ठोस एक निर्दिष्ट तापमान सीमा के भीतर पिघलने में सक्षम हैं। इनमें से सबसे आम कांच और राल हैं।
क्रिस्टलीय, जो बदले में, 4 प्रकारों में विभाजित होते हैं: परमाणु, आणविक, आयनिक, धातु। उनमें, कण केवल एक निश्चित पैटर्न के अनुसार स्थित होते हैं, अर्थात् क्रिस्टल जाली के नोड्स में। इसकी ज्यामिति विभिन्न पदार्थों में बहुत भिन्न हो सकती है।

क्रिस्टलीय ठोस अपनी संख्या के संदर्भ में अनाकार पर प्रबल होते हैं।

क्रिस्टलीय ठोस के प्रकार

ठोस अवस्था में, लगभग सभी पदार्थों में क्रिस्टलीय संरचना होती है। वे अपने जाली में भिन्न होते हैं उनके नोड्स में विभिन्न कण होते हैं और रासायनिक तत्व... यह उनके अनुसार था कि उन्हें उनके नाम मिले। प्रत्येक प्रकार के अपने विशिष्ट गुण होते हैं:

एक परमाणु क्रिस्टल जाली में, एक ठोस के कण एक सहसंयोजक बंधन से बंधे होते हैं। यह अपने स्थायित्व से प्रतिष्ठित है। इसके कारण, ऐसे पदार्थ उच्च और क्वथनांक द्वारा प्रतिष्ठित होते हैं। इस प्रकार में क्वार्ट्ज और हीरा शामिल हैं।
एक आणविक क्रिस्टल जाली में, कणों के बीच का बंधन इसकी कमजोरी की विशेषता है। इस प्रकार के पदार्थों को उबालने और पिघलने में आसानी होती है। वे अपनी अस्थिरता से प्रतिष्ठित होते हैं, जिसके कारण उनमें एक निश्चित गंध होती है। ऐसे ठोस पदार्थों में बर्फ, चीनी शामिल हैं। इस प्रकार के ठोस पदार्थों में आणविक गति उनकी गतिविधि से अलग होती है।
नोड्स में, संबंधित कण, सकारात्मक और नकारात्मक रूप से चार्ज किए जाते हैं, वैकल्पिक। वे इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण द्वारा एक साथ रखे जाते हैं। इस प्रकार का जालक क्षार, लवण में पाया जाता है इस प्रकार के अनेक पदार्थ जल में आसानी से घुल जाते हैं। आयनों के बीच पर्याप्त रूप से मजबूत बंधन के कारण, वे दुर्दम्य हैं। उनमें से लगभग सभी गंधहीन हैं, क्योंकि उन्हें गैर-अस्थिरता की विशेषता है। आयनिक जाली वाले पदार्थ विद्युत प्रवाह का संचालन करने में असमर्थ होते हैं, क्योंकि उनकी संरचना में कोई मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं। आयनिक ठोस का एक विशिष्ट उदाहरण टेबल सॉल्ट है। यह क्रिस्टल जाली इसे नाजुक बनाती है। यह इस तथ्य के कारण है कि इसके किसी भी विस्थापन से आयनों के प्रतिकारक बलों की उपस्थिति हो सकती है।
धातु क्रिस्टल जाली में, नोड्स में रासायनिक पदार्थों के केवल सकारात्मक चार्ज आयन होते हैं। उनके बीच मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिसके माध्यम से थर्मल और विद्युत ऊर्जा पूरी तरह से गुजरती है। इसीलिए किसी भी धातु को चालकता जैसी विशेषता द्वारा प्रतिष्ठित किया जाता है।

ठोस की सामान्य अवधारणाएँ

ठोस और पदार्थ व्यावहारिक रूप से एक ही चीज हैं। इन शर्तों को 4 समग्र राज्यों में से एक कहा जाता है। ठोसों का आकार स्थिर होता है और परमाणुओं की तापीय गति की प्रकृति होती है। इसके अलावा, बाद वाले संतुलन की स्थिति के पास छोटे उतार-चढ़ाव करते हैं। विज्ञान की वह शाखा जिसमें रचना और आंतरिक संरचना का अध्ययन किया जाता है, ठोस अवस्था भौतिकी कहलाती है। ऐसे पदार्थों से संबंधित ज्ञान के अन्य महत्वपूर्ण क्षेत्र हैं। बाहरी प्रभावों और गति के तहत आकार में परिवर्तन को विकृत शरीर के यांत्रिकी कहा जाता है।

ठोस पदार्थों के विभिन्न गुणों के कारण, उन्होंने मनुष्य द्वारा बनाए गए विभिन्न तकनीकी उपकरणों में आवेदन पाया है। अक्सर, उनका उपयोग कठोरता, मात्रा, द्रव्यमान, लोच, प्लास्टिसिटी, नाजुकता जैसे गुणों पर आधारित होता था। आधुनिक विज्ञान ठोस पदार्थों के अन्य गुणों का उपयोग करना संभव बनाता है जो केवल प्रयोगशाला स्थितियों में पाए जा सकते हैं।

क्रिस्टल क्या हैं

क्रिस्टल एक निश्चित क्रम में व्यवस्थित कणों के साथ ठोस होते हैं। प्रत्येक की अपनी संरचना होती है। इसके परमाणु एक त्रि-आयामी आवधिक पैकिंग बनाते हैं जिसे क्रिस्टल जाली कहा जाता है। ठोस में विभिन्न संरचनात्मक समरूपताएँ होती हैं। किसी ठोस की क्रिस्टलीय अवस्था को स्थिर माना जाता है, क्योंकि इसमें न्यूनतम राशिसंभावित ऊर्जा।

ठोस के भारी बहुमत में बड़ी संख्या में बेतरतीब ढंग से उन्मुख व्यक्तिगत अनाज (क्रिस्टलीय) होते हैं। ऐसे पदार्थों को पॉलीक्रिस्टलाइन कहा जाता है। इनमें तकनीकी मिश्र धातु और धातु, साथ ही कई चट्टानें शामिल हैं। एकल प्राकृतिक या सिंथेटिक क्रिस्टल को मोनोक्रिस्टलाइन कहा जाता है।

अक्सर, ऐसे ठोस तरल चरण की स्थिति से बनते हैं, जो पिघल या समाधान द्वारा दर्शाए जाते हैं। कभी-कभी वे गैसीय अवस्था से प्राप्त होते हैं। इस प्रक्रिया को क्रिस्टलीकरण कहा जाता है। वैज्ञानिक और तकनीकी प्रगति के लिए धन्यवाद, विभिन्न पदार्थों के बढ़ने (संश्लेषण) की प्रक्रिया ने एक औद्योगिक पैमाने प्राप्त किया है। अधिकांश क्रिस्टल के रूप में एक प्राकृतिक आकार होता है। उनके आकार बहुत भिन्न होते हैं। तो, प्राकृतिक क्वार्ट्ज (रॉक क्रिस्टल) का वजन सैकड़ों किलोग्राम तक हो सकता है, और हीरे - कई ग्राम तक।

अनाकार ठोस में, परमाणु बेतरतीब ढंग से स्थित बिंदुओं के आसपास निरंतर कंपन में होते हैं। वे एक निश्चित शॉर्ट-रेंज ऑर्डर बनाए रखते हैं, लेकिन कोई लॉन्ग-रेंज ऑर्डर नहीं है। यह इस तथ्य के कारण है कि उनके अणु एक दूरी पर स्थित हैं जिनकी तुलना उनके आकार से की जा सकती है। हमारे जीवन में इस तरह के ठोस का सबसे आम उदाहरण कांच की अवस्था है। अक्सर असीम रूप से उच्च चिपचिपाहट वाले तरल के रूप में देखा जाता है। उनके क्रिस्टलीकरण का समय कभी-कभी इतना लंबा होता है कि यह खुद को बिल्कुल भी प्रकट नहीं करता है।

इन पदार्थों के उपरोक्त गुण ही उन्हें अद्वितीय बनाते हैं। अनाकार ठोस को अस्थिर माना जाता है क्योंकि वे समय के साथ क्रिस्टलीय बन सकते हैं।

ठोस बनाने वाले अणु और परमाणु बड़े घनत्व से भरे होते हैं। वे व्यावहारिक रूप से अन्य कणों के सापेक्ष अपनी पारस्परिक स्थिति बनाए रखते हैं और अंतःक्रियात्मक बातचीत के कारण एक साथ रहते हैं। एक ठोस के अणुओं के बीच विभिन्न दिशाओं में दूरी को क्रिस्टल जालक पैरामीटर कहा जाता है। किसी पदार्थ की संरचना और उसकी समरूपता कई गुणों को निर्धारित करती है, जैसे कि इलेक्ट्रॉन बैंड, दरार और प्रकाशिकी। जब एक ठोस पर्याप्त रूप से बड़े बल के संपर्क में आता है, तो इन गुणों का एक डिग्री या किसी अन्य तक उल्लंघन किया जा सकता है। इस मामले में, ठोस खुद को स्थायी विरूपण के लिए उधार देता है।

ठोसों के परमाणु दोलन गति करते हैं, जो उनके ऊष्मीय ऊर्जा के कब्जे को निर्धारित करते हैं। चूंकि वे नगण्य हैं, उन्हें केवल प्रयोगशाला स्थितियों में ही देखा जा सकता है। एक ठोस पदार्थ अपने गुणों को बहुत प्रभावित करता है।

ठोसों का अध्ययन

इन पदार्थों की विशेषताएं, गुण, उनकी गुणवत्ता और कण गति का अध्ययन ठोस अवस्था भौतिकी के विभिन्न उपखंडों द्वारा किया जाता है।

अनुसंधान के लिए उपयोग किया जाता है: रेडियोस्पेक्ट्रोस्कोपी, एक्स-रे और अन्य विधियों का उपयोग करके संरचनात्मक विश्लेषण। इस प्रकार ठोसों के यांत्रिक, भौतिक और तापीय गुणों का अध्ययन किया जाता है। कठोरता, भार का प्रतिरोध, तन्य शक्ति, चरण परिवर्तन सामग्री विज्ञान का अध्ययन करता है। यह काफी हद तक ठोस पदार्थों के भौतिकी के साथ ओवरलैप करता है। एक और महत्वपूर्ण है आधुनिक विज्ञान... ठोस अवस्था रसायन द्वारा विद्यमान और नए पदार्थों के संश्लेषण का अध्ययन किया जाता है।

ठोस की विशेषताएं Features

एक ठोस के परमाणुओं के बाहरी इलेक्ट्रॉनों की गति की प्रकृति इसके कई गुणों को निर्धारित करती है, उदाहरण के लिए, विद्युत। ऐसे निकायों के 5 वर्ग हैं। वे परमाणुओं के बीच बंधन के प्रकार के आधार पर स्थापित होते हैं:

आयनिक, जिसकी मुख्य विशेषता इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण का बल है। इसकी विशेषताएं: अवरक्त क्षेत्र में प्रकाश का प्रतिबिंब और अवशोषण। कम तापमान पर, आयनिक बंधन कम विद्युत चालकता की विशेषता है। ऐसे पदार्थ का एक उदाहरण हाइड्रोक्लोरिक एसिड (NaCl) का सोडियम नमक है।
सहसंयोजक, एक इलेक्ट्रॉन जोड़ी द्वारा किया जाता है जो दोनों परमाणुओं से संबंधित होता है। इस तरह के बंधन को उप-विभाजित किया जाता है: सिंगल (सरल), डबल और ट्रिपल। ये नाम इलेक्ट्रॉन जोड़े (1, 2, 3) की उपस्थिति का संकेत देते हैं। डबल और ट्रिपल बॉन्ड को मल्टीपल बॉन्ड कहा जाता है। इस समूह का एक और विभाजन है। तो, इलेक्ट्रॉन घनत्व के वितरण के आधार पर, ध्रुवीय और गैर-ध्रुवीय बंधन प्रतिष्ठित हैं। पहला अलग-अलग परमाणुओं से बनता है, और दूसरा एक ही है। किसी पदार्थ की ऐसी ठोस अवस्था, जिसके उदाहरण हीरा (C) और सिलिकॉन (Si) हैं, को उसके घनत्व से पहचाना जाता है। सबसे कठोर क्रिस्टल सहसंयोजक बंधन से संबंधित होते हैं।
धात्विक, परमाणुओं के संयोजकता इलेक्ट्रॉनों के संयोजन से बनता है। नतीजतन, एक सामान्य इलेक्ट्रॉन बादल दिखाई देता है, जो विद्युत वोल्टेज के प्रभाव में विस्थापित हो जाता है। एक धात्विक बंधन तब बनता है जब बंधित होने वाले परमाणु बड़े होते हैं। वे वही हैं जो इलेक्ट्रॉनों को दान करने में सक्षम हैं। कई धातुओं और जटिल यौगिकों के लिए, यह बंधन पदार्थ की एक ठोस अवस्था बनाता है। उदाहरण: सोडियम, बेरियम, एल्युमिनियम, तांबा, सोना। अधात्विक यौगिकों में से, निम्नलिखित पर ध्यान दिया जा सकता है: AlCr 2, Ca 2 Cu, Cu 5 Zn 8। धात्विक बंध (धातु) वाले पदार्थ भौतिक गुणों में विविध हैं। वे तरल (Hg), नरम (Na, K), बहुत कठोर (W, Nb) हो सकते हैं।
क्रिस्टल में उत्पन्न होने वाले आणविक, जो किसी पदार्थ के अलग-अलग अणुओं द्वारा बनते हैं। यह शून्य इलेक्ट्रॉन घनत्व वाले अणुओं के बीच अंतराल की विशेषता है। ऐसे क्रिस्टल में परमाणुओं को बांधने वाली ताकतें महत्वपूर्ण होती हैं। इस मामले में, अणु केवल कमजोर अंतर-आणविक आकर्षण द्वारा एक दूसरे के प्रति आकर्षित होते हैं। इसलिए गर्म करने पर उनके बीच के बंधन आसानी से नष्ट हो जाते हैं। परमाणुओं के बीच संबंधों को तोड़ना अधिक कठिन होता है। आणविक बंधन को ओरिएंटल, डिस्पर्सिव और इंडक्टिव में विभाजित किया गया है। ऐसे पदार्थ का एक उदाहरण ठोस मीथेन है।
हाइड्रोजन, जो एक अणु या उसके हिस्से के सकारात्मक ध्रुवीकृत परमाणुओं और दूसरे अणु या अन्य भाग के नकारात्मक ध्रुवीकृत सबसे छोटे कण के बीच उत्पन्न होता है। इन कनेक्शनों में बर्फ शामिल है।

ठोस के गुण Properties

आज हम क्या जानते हैं? वैज्ञानिक लंबे समय से पदार्थ की ठोस अवस्था के गुणों का अध्ययन कर रहे हैं। तापमान के संपर्क में आने पर यह भी बदल जाता है। ऐसे पिंड का द्रव में परिवर्तन गलनांक कहलाता है। किसी ठोस का गैसीय अवस्था में परिवर्तन ऊर्ध्वपातन कहलाता है। जैसे-जैसे तापमान घटता है, ठोस क्रिस्टलीकृत होता है। ठंड के प्रभाव में कुछ पदार्थ अनाकार चरण में चले जाते हैं। वैज्ञानिक इस प्रक्रिया को विट्रिफिकेशन कहते हैं।

जब ठोसों की आंतरिक संरचना में परिवर्तन होता है। यह घटते तापमान के साथ सबसे बड़ी सुव्यवस्था प्राप्त करता है। वायुमंडलीय दबाव और तापमान T> 0 K पर, प्रकृति में मौजूद कोई भी पदार्थ जम जाता है। केवल हीलियम, जिसे क्रिस्टलीकृत करने के लिए 24 एटीएम के दबाव की आवश्यकता होती है, इस नियम का अपवाद है।

किसी पदार्थ की ठोस अवस्था उसे विभिन्न भौतिक गुण प्रदान करती है। वे कुछ क्षेत्रों और बलों के प्रभाव में निकायों के विशिष्ट व्यवहार की विशेषता रखते हैं। इन गुणों को समूहों में विभाजित किया गया है। 3 प्रकार की ऊर्जा (मैकेनिकल, थर्मल, इलेक्ट्रोमैग्नेटिक) के अनुरूप एक्सपोज़र की 3 विधियाँ हैं। तदनुसार, 3 समूह हैं भौतिक गुणठोस:

शरीर के तनाव और विकृति से जुड़े यांत्रिक गुण। इन मानदंडों के अनुसार, ठोस को लोचदार, रियोलॉजिकल, ताकत और तकनीकी में विभाजित किया जाता है। आराम करने पर, ऐसा शरीर अपना आकार बनाए रखता है, लेकिन बाहरी बल के प्रभाव में यह बदल सकता है। उसी समय, इसकी विकृति प्लास्टिक (प्रारंभिक रूप वापस नहीं आती है), लोचदार (अपने मूल आकार में वापस आती है) या विनाशकारी (जब एक निश्चित सीमा तक पहुंच जाती है, विघटन / फ्रैक्चर होता है) हो सकता है। लागू बल की प्रतिक्रिया लोचदार मापांक द्वारा वर्णित है। एक कठोर शरीर न केवल संपीड़न, खिंचाव, बल्कि कतरनी, मरोड़ और झुकने का भी प्रतिरोध करता है। एक ठोस की ताकत विनाश का विरोध करने के लिए उसकी संपत्ति कहलाती है।
थर्मल, थर्मल क्षेत्रों के संपर्क में आने पर प्रकट होता है। सबसे महत्वपूर्ण गुणों में से एक गलनांक है जिस पर शरीर जाता है तरल अवस्था... यह क्रिस्टलीय ठोस में पाया जाता है। अनाकार निकायों में संलयन की गुप्त गर्मी होती है, क्योंकि तापमान में वृद्धि के साथ तरल अवस्था में उनका संक्रमण धीरे-धीरे होता है। एक निश्चित गर्मी तक पहुँचने पर अनाकार शरीरलोच खो देता है और प्लास्टिसिटी प्राप्त करता है। इस अवस्था का अर्थ है कि यह कांच के संक्रमण तापमान तक पहुँच जाता है। गर्म होने पर, ठोस का विरूपण होता है। इसके अलावा, यह सबसे अधिक बार फैलता है। मात्रात्मक रूप से, यह राज्य एक निश्चित गुणांक द्वारा विशेषता है। शरीर का तापमान यांत्रिक विशेषताओं जैसे तरलता, लचीलापन, कठोरता और ताकत को प्रभावित करता है।
इलेक्ट्रोमैग्नेटिक, माइक्रोपार्टिकल्स की ठोस धाराओं और उच्च कठोरता की विद्युत चुम्बकीय तरंगों पर प्रभाव से जुड़ा हुआ है। विकिरण गुणों को पारंपरिक रूप से उन्हें संदर्भित किया जाता है।

क्षेत्र संरचना

तथाकथित क्षेत्र संरचना के अनुसार ठोस को भी वर्गीकृत किया जाता है। तो, उनमें से प्रतिष्ठित हैं:

कंडक्टर, इसकी विशेषता है कि उनके चालन और वैलेंस बैंड ओवरलैप करते हैं। इस मामले में, थोड़ी सी ऊर्जा प्राप्त करते हुए, इलेक्ट्रॉन उनके बीच स्थानांतरित हो सकते हैं। सभी धातुओं को चालक माना जाता है। जब इस तरह के शरीर पर एक संभावित अंतर लागू होता है, तो एक विद्युत प्रवाह बनता है (सबसे कम और उच्चतम क्षमता वाले बिंदुओं के बीच इलेक्ट्रॉनों की मुक्त गति के कारण)।
डाइलेक्ट्रिक्स जिनके क्षेत्र ओवरलैप नहीं होते हैं। उनके बीच का अंतराल 4 eV से अधिक है। संयोजकता से प्रवाहकीय बैंड तक इलेक्ट्रॉनों को ले जाने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इन गुणों के कारण, डाइलेक्ट्रिक्स व्यावहारिक रूप से वर्तमान का संचालन नहीं करते हैं।
अर्धचालक चालन और संयोजकता बैंड की अनुपस्थिति की विशेषता है। उनके बीच का अंतराल 4 eV से कम है। संयोजकता से प्रवाहकीय बैंड में इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करने के लिए, डाइलेक्ट्रिक्स की तुलना में कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। शुद्ध (अंडोपेड और आंतरिक) अर्धचालक खराब प्रवाहकीय होते हैं।

ठोस में अणुओं की गति उनके विद्युत चुम्बकीय गुणों को निर्धारित करती है।

अन्य गुण

ठोसों को उनके अनुसार उपविभाजित किया जाता है चुंबकीय गुण... तीन समूह हैं:

Diamagnets, जिसके गुण तापमान या एकत्रीकरण की स्थिति पर बहुत कम निर्भर करते हैं।
चालन इलेक्ट्रॉनों के उन्मुखीकरण और परमाणुओं के चुंबकीय क्षणों के परिणामस्वरूप पैरामैग्नेट। क्यूरी के नियम के अनुसार, तापमान के अनुपात में उनकी संवेदनशीलता कम हो जाती है। तो, 300 K पर यह 10 -5 है।
एक क्रमबद्ध चुंबकीय संरचना और लंबी दूरी के परमाणु क्रम वाले निकाय। उनकी जाली के नोड्स पर, चुंबकीय क्षण वाले कण समय-समय पर स्थित होते हैं। ऐसे ठोस और पदार्थ अक्सर मानव गतिविधि के विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किए जाते हैं।

प्रकृति में सबसे कठोर पदार्थ

वे क्या हैं? ठोसों का घनत्व काफी हद तक उनकी कठोरता को निर्धारित करता है। प्रति पिछले सालवैज्ञानिकों ने कई सामग्रियों की खोज की है जो "सबसे टिकाऊ शरीर" होने का दावा करती हैं। सबसे कठोर पदार्थ फुलेराइट (फुलरीन अणुओं वाला एक क्रिस्टल) है, जो हीरे की तुलना में लगभग 1.5 गुना कठिन है। दुर्भाग्य से, यह वर्तमान में केवल बहुत कम मात्रा में उपलब्ध है।

आज तक, सबसे कठोर पदार्थ जो संभवतः भविष्य में उद्योग में उपयोग किया जाएगा, वह है लोन्सडेलाइट (हेक्सागोनल हीरा)। यह हीरे से 58 फीसदी सख्त होता है। लोंसडेलाइट कार्बन का एक एलोट्रोपिक संशोधन है। इसकी क्रिस्टल जाली हीरे के समान होती है। लोन्सडेलाइट सेल में 4 परमाणु होते हैं, और हीरा - 8. व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले क्रिस्टल में से, हीरा आज भी सबसे कठिन बना हुआ है।

अणु बहुत छोटे होते हैं, साधारण अणुओं को सबसे मजबूत ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप से भी नहीं देखा जा सकता है - लेकिन अणुओं के कुछ मापदंडों की गणना काफी सटीक (द्रव्यमान) की जा सकती है, और कुछ का केवल बहुत मोटे तौर पर अनुमान लगाया जा सकता है (आकार, गति), और यह अच्छा होगा यह समझने के लिए कि हम किस "आकार के अणु" और किस प्रकार के "अणु की गति" के बारे में बात कर रहे हैं। तो, एक अणु का द्रव्यमान "एक मोल का द्रव्यमान" / "एक मोल में अणुओं की संख्या" के रूप में पाया जाता है। उदाहरण के लिए, पानी के अणु के लिए m = 0.018 / 6 1023 = 3 10-26 किग्रा (आप अधिक सटीक गणना कर सकते हैं - अवोगाद्रो की संख्या अच्छी सटीकता के साथ जानी जाती है, और दाढ़ जनकिसी भी अणु को खोजना आसान है)।
एक अणु के आकार का अनुमान इस सवाल से शुरू होता है कि इसका आकार क्या है। काश वह पूरी तरह से पॉलिश किया हुआ घन होता! हालाँकि, यह न तो एक घन है, न ही एक गेंद, और सामान्य तौर पर इसकी कोई स्पष्ट रूप से परिभाषित सीमाएँ नहीं हैं। ऐसे मामलों में क्या करें? चलो दूर से शुरू करते हैं। आइए एक अधिक परिचित वस्तु के आकार का अनुमान लगाएं - एक स्कूली छात्र। हम सभी ने स्कूली बच्चों को देखा है, मध्य विद्यालय के बच्चे का द्रव्यमान 60 किलोग्राम के बराबर लिया जाएगा (और फिर हम देखेंगे कि क्या यह विकल्प परिणाम को बहुत प्रभावित करता है), स्कूली बच्चे का घनत्व लगभग पानी के समान है (याद रखें कि यह हवा में ठीक से सांस लेने लायक है, और उसके बाद आप पानी में "लटका" सकते हैं, लगभग पूरी तरह से डूबे हुए हैं, और यदि आप साँस छोड़ते हैं, तो आप तुरंत डूबना शुरू कर देते हैं)। अब आप छात्र का आयतन ज्ञात कर सकते हैं: V = 60/1000 = 0.06 घन मीटर। मीटर। यदि अब हम यह मान लें कि विद्यार्थी का आकार घन के आकार का है, तो उसका आकार आयतन के घनमूल के रूप में पाया जाता है, अर्थात्। लगभग 0.4 मीटर। यह आकार है - कम वृद्धि (आकार "ऊंचाई में"), अधिक मोटाई (आकार "गहराई में")। यदि हम छात्र के शरीर के आकार के बारे में कुछ भी नहीं जानते हैं, तो हमें इस उत्तर से बेहतर कुछ नहीं मिलेगा (एक घन के बजाय, हम एक गेंद ले सकते थे, लेकिन उत्तर लगभग समान होता, और यह अधिक होता घन के किनारे की तुलना में गेंद के व्यास की गणना करना मुश्किल है)। लेकिन अगर हमारे पास अतिरिक्त जानकारी है (उदाहरण के लिए, तस्वीरों के विश्लेषण से), तो उत्तर को और अधिक उचित बनाया जा सकता है। ज्ञात हो कि छात्र की "चौड़ाई" उसकी ऊंचाई से औसतन चार गुना कम है, और उसकी "गहराई" अभी भी तीन गुना कम है। फिर एच * एच / 4 * एच / 12 = वी, इसलिए एच = 1.5 मीटर (इस तरह के "गणना" में कैलकुलेटर की क्षमताओं पर ध्यान केंद्रित करते हुए, इस तरह के खराब परिभाषित मूल्य की अधिक सटीक गणना करने का कोई मतलब नहीं है। बस अनपढ़!) हमें एक छात्र के विकास का पूरी तरह से उचित अनुमान मिला, अगर हमने लगभग 100 किलोग्राम (और ऐसे छात्र हैं!) का द्रव्यमान लिया, तो हमें लगभग 1.7 - 1.8 मीटर मिलता है - यह भी काफी उचित है।
आइए अब हम पानी के अणु के आकार का अनुमान लगाएं। आइए हम "तरल पानी" में एक अणु पर पड़ने वाले आयतन का पता लगाएं - इसमें अणु सबसे अधिक सघनता से भरे होते हैं (वे ठोस, "बर्फ" अवस्था की तुलना में एक दूसरे के खिलाफ अधिक दबाए जाते हैं)। पानी के एक मोल का द्रव्यमान 18 ग्राम है, इसका आयतन 18 घन मीटर है। सेंटीमीटर। तब एक अणु का आयतन V = 18 · 10-6 / 6 · 1023 = 3 · 10-29 m3 होता है। यदि हमारे पास पानी के अणु के आकार के बारे में जानकारी नहीं है (या - यदि हम अणुओं के जटिल आकार को ध्यान में नहीं रखना चाहते हैं), तो सबसे आसान तरीका यह है कि इसे एक घन के रूप में माना जाए और ठीक वैसे ही आकार का पता लगाया जाए जैसे हम घन छात्र का आकार पाया: d = (V) 1/3 = 3 · 10-10 मीटर। बस इतना ही! गणना परिणाम पर बल्कि जटिल अणुओं के आकार के प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए, आप, उदाहरण के लिए, निम्नानुसार कर सकते हैं: गैसोलीन अणुओं के आकार की गणना करें, अणुओं को क्यूब्स के रूप में गिनें - और फिर क्षेत्र को देखकर एक प्रयोग करें। पानी की सतह पर गैसोलीन की एक बूंद से स्पॉट। फिल्म को "तरल सतह एक अणु मोटा" मानते हुए और छोटी बूंद द्रव्यमान को जानने के बाद, इन दो तरीकों से प्राप्त आकारों की तुलना की जा सकती है। परिणाम बहुत शिक्षाप्रद होगा!
उपयोग किया गया विचार पूरी तरह से अलग गणना के लिए उपयुक्त है। आइए हम एक विशिष्ट मामले के लिए पड़ोसी विरल गैस अणुओं के बीच की औसत दूरी का अनुमान लगाएं - 1 एटीएम के दबाव पर नाइट्रोजन और 300K के तापमान पर। ऐसा करने के लिए, हम इस गैस में प्रति अणु की मात्रा पाएंगे, और फिर सब कुछ आसानी से निकल जाएगा। तो, इन परिस्थितियों में नाइट्रोजन का एक मोल लें और स्थिति में बताए गए हिस्से का आयतन ज्ञात करें, और फिर इस आयतन को अणुओं की संख्या से विभाजित करें: V = R T / P NA = 8.3 300/105 6 1023 = 4 10 - 26 एम3. हम मानेंगे कि आयतन घनी रूप से भरी घन कोशिकाओं में विभाजित है, और प्रत्येक अणु "औसतन" अपने सेल के केंद्र में बैठता है। फिर पड़ोसी (निकटतम) अणुओं के बीच की औसत दूरी घन सेल के किनारे के बराबर होती है: डी = (वी) 1/3 = 3 · 10-9 मीटर। यह देखा जा सकता है कि गैस दुर्लभ है - इस तरह के अनुपात के साथ अणु के आकार और "पड़ोसियों" के बीच की दूरी के बीच, अणु स्वयं पोत के आयतन के एक छोटे से - लगभग 1/1000 भाग - पर कब्जा कर लेते हैं। इस मामले में भी, हमने लगभग गणना की - जैसे कि "पड़ोसी अणुओं के बीच की औसत दूरी", जैसे कि "पड़ोसी अणुओं के बीच की औसत दूरी", अधिक सटीक गणना करने का कोई मतलब नहीं है।

गैस कानून और आईसीटी के मूल सिद्धांत।

यदि गैस पर्याप्त रूप से दुर्लभ है (और यह एक सामान्य बात है, हमें अक्सर दुर्लभ गैसों से निपटना पड़ता है), तो लगभग कोई भी गणना दबाव पी, वॉल्यूम वी, गैस की मात्रा ν और तापमान टी को जोड़ने वाले सूत्र का उपयोग करके की जाती है - यह प्रसिद्ध "समीकरण आदर्श गैस अवस्था »पी · वी = ν · आर · टी है। इन राशियों में से एक कैसे ज्ञात करें, यदि अन्य सभी दी गई हैं, तो यह काफी सरल और समझने योग्य है। लेकिन आप समस्या को इस तरह से तैयार कर सकते हैं कि प्रश्न किसी अन्य मात्रा के बारे में होगा - उदाहरण के लिए, गैस घनत्व के बारे में। तो, कार्य 300K के तापमान पर नाइट्रोजन का घनत्व और 0.2 atm का दबाव ज्ञात करना है। आइए इसे हल करें। स्थिति को देखते हुए, गैस बल्कि दुर्लभ है (हवा, जिसमें 80% नाइट्रोजन होता है और काफी अधिक दबाव पर दुर्लभ माना जा सकता है, हम इसे स्वतंत्र रूप से सांस लेते हैं और आसानी से इसके माध्यम से गुजरते हैं), और यदि ऐसा नहीं होता, तो हम नहीं करते अन्य फ़ार्मुलों की परवाह नहीं - हम इसका उपयोग करते हैं, प्रिय। शर्त गैस के किसी भी हिस्से की मात्रा निर्दिष्ट नहीं करती है, हम इसे स्वयं सेट करेंगे। आइए 1 घन मीटर नाइट्रोजन लें और इस आयतन में गैस की मात्रा ज्ञात करें। नाइट्रोजन एम = 0.028 किग्रा / मोल के दाढ़ द्रव्यमान को जानने के बाद, हम इस हिस्से का द्रव्यमान पाते हैं - और समस्या हल हो जाती है। गैस की मात्रा = पी वी / आर टी, द्रव्यमान एम = ν एम = एम पी वी / आर टी, इसलिए घनत्व ρ = एम / वी = एम पी / आर टी = 0.028 20000 / ( 8.3 300) / 0.2 किग्रा / एम 3। हमने जो वॉल्यूम चुना था, वह कभी भी उत्तर में शामिल नहीं था, हमने इसे संक्षिप्तता के लिए चुना - इस तरह से तर्क करना आसान है, क्योंकि आपको तुरंत यह महसूस करने की आवश्यकता नहीं है कि वॉल्यूम कुछ भी हो सकता है, लेकिन घनत्व समान होगा। हालाँकि, कोई यह भी पता लगा सकता है - "वॉल्यूम लेने से, पाँच गुना अधिक, हम गैस की मात्रा को ठीक पाँच गुना बढ़ा देंगे, इसलिए, हम जो भी वॉल्यूम लेंगे, घनत्व समान होगा"। आप बस अपने पसंदीदा सूत्र को गैस के एक हिस्से के द्रव्यमान और उसके दाढ़ द्रव्यमान के माध्यम से गैस की मात्रा के लिए अभिव्यक्ति को फिर से लिख सकते हैं: = m / M, फिर अनुपात m / V = MP / RT तुरंत व्यक्त किया जाता है, और यह घनत्व है ... आप गैस का एक मोल ले सकते हैं और इसका आयतन ज्ञात कर सकते हैं, जिसके बाद घनत्व तुरंत मिल जाता है, क्योंकि मोल का द्रव्यमान ज्ञात होता है। सामान्य तौर पर, कार्य जितना सरल होता है, उसे हल करने के उतने ही समान और सुंदर तरीके ...
यहां एक और समस्या है जहां प्रश्न अप्रत्याशित लग सकता है: हवा के दबाव में 20 मीटर की ऊंचाई और जमीन के स्तर से 50 मीटर की ऊंचाई पर अंतर पाएं। तापमान 00C, दबाव 1 एटीएम। समाधान: यदि हम इन परिस्थितियों में वायु घनत्व पाते हैं, तो दबाव अंतर ∆P = ρ · g · H। हम घनत्व को उसी तरह पाते हैं जैसे पिछली समस्या में, कठिनाई केवल इस तथ्य में है कि हवा गैसों का मिश्रण है। यह मानते हुए कि इसमें 80% नाइट्रोजन और 20% ऑक्सीजन है, हम मिश्रण के एक मोल का द्रव्यमान ज्ञात करते हैं: m = 0.8 · 0.028 + 0.2 · 0.032 ≈ 0.029 किग्रा। इस तिल का आयतन V = R · T / P है और घनत्व इन दोनों राशियों के अनुपात के रूप में पाया जाता है। तब सब कुछ स्पष्ट है, उत्तर लगभग 35 पा होगा।
गैस के घनत्व की भी गणना करनी होगी, उदाहरण के लिए, किसी दिए गए आयतन के गुब्बारे की उठाने की शक्ति, जब एक निश्चित समय के लिए पानी के नीचे सांस लेने के लिए आवश्यक स्कूबा सिलेंडरों में हवा की मात्रा की गणना करते समय, संख्या की गणना करते समय मरुस्थल में पारा वाष्प की एक निश्चित मात्रा को ले जाने के लिए गधों की आवश्यकता होती है, और कई अन्य मामलों में।
लेकिन कार्य अधिक कठिन है: एक इलेक्ट्रिक केतली मेज पर शोर से उबल रही है, बिजली की खपत 1000 डब्ल्यू है, दक्षता है हीटर 75% (बाकी आसपास के स्थान में "चला जाता है")। नाक से - "नाक" का क्षेत्र 1 सेमी 2 है - इस जेट में गैस के वेग का अनुमान लगाने के लिए भाप का एक जेट उत्सर्जित होता है। तालिकाओं से सभी आवश्यक डेटा लें।
समाधान। हम मान लेंगे कि पानी के ऊपर केतली में संतृप्त भाप बनती है, तो संतृप्त जल वाष्प का एक जेट + 1000C टोंटी से बाहर निकलेगा। ऐसे वाष्प का दबाव 1 atm होता है, इसका घनत्व ज्ञात करना आसान होता है। वाष्पीकरण की शक्ति P = 0.75 P0 = 750 W और वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा (वाष्पीकरण) r = 2300 kJ / kg जानने के बाद, हम समय के दौरान बनने वाले वाष्प का द्रव्यमान find: m = 0.75P0 τ / r पाएंगे। हम घनत्व जानते हैं, तो भाप की इस मात्रा का आयतन ज्ञात करना आसान है। बाकी पहले से ही स्पष्ट है - हम इस वॉल्यूम को 1 सेमी 2 के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र के साथ एक कॉलम के रूप में प्रस्तुत करते हैं, इस कॉलम की लंबाई को divided से विभाजित करके हमें प्रस्थान की गति मिलेगी (ऐसी लंबाई एक में उड़ जाती है) दूसरा)। तो, टीपोट टोंटी से जेट का वेग है V = m / (ρ S τ) = 0.75P0 / (r ρ S τ) = 0.75P0 R T / (r P M S) = 750 8.3 373 / (2.3) १०६ १ १०५ ०.०१८ १ १०-४) ५ मी/से.
(सी) ज़िल्बरमैन ए.आर.