Первоначальные сведения о строении вещества

Все, что окружает человека (другие люди, мебель, дома, деревья, горы) обладает своими свойствами. Все предметы в физике обозначают термином «тело».

Физические тела мы можем осязать, наблюдать, иногда с помощью специальных приборов (микроскоп, телескоп и др.). Они имеют массу и состоят из определенного вещества. Для наглядности взгляните на рисунок 1.

Вещества имеют собственную структуру и состояния, в которых они могут находиться. Далее в этой главе мы более подробно рассмотрим все новые термины и интересные опыты.

Кроме физических тел нас окружает и другой вид материи. Он характеризует состояние и взаимодействие тел: температура, энергия, гравитация. Мы не можем взять в руки гравитацию или температуру, но можем измерить с помощью приборов.

Но начнем мы все-таки с изучения физических тел и веществ, из которых они состоят. Из чего, например, состоит само вещество? Ответ на этот вопрос вы и узнаете на данном уроке.

Строение вещества

Многие века ученые задавались вопросом из чего состоят физические тела, окружающие нас каждый день.

Из чего состоят вещества?
Еще Демокрит (460-370 до н.э.) предположил, что тела состоят из вещества, а вещество в свою очередь состоит из бесчисленного количества сверхмалых, невидимых глазу, неделимых частиц: «Они бесконечно разнообразны, имеют впадины и выпуклости, которыми сцепляются, образуя все материальные тела».

Идея эта превратилась в настоящую научную теорию только в XVIII веке и получила дальнейшее развитие в XIX веке. Рассмотрим опыты, которые покажут достоверность этих идей и научных теорий.

{"questions":[{"content":"Выберите правильное утверждение о веществе.[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Вещество состоит из мельчайших частиц.","Мельчайшие частицы состоят из вещества.","Частицы, из которых состоит вещество, легко увидеть невооруженным глазом.","О строении вещества пока ничего неизвестно."],"answer":[0]}}}]}

Опыты

Какие опыты подтверждают, что вещества состоят из мельчайших частиц? Сейчас мы и их и рассмотрим.

Опыт с нагреванием и охлаждением твердого тела

Если мы приложим к определенному телу некоторое усилие, мы можем уменьшить объем этого тела. Например, теннисного мячика, воздушного шарика, кусочка воска. Но объем тела также изменяется при его нагревании или охлаждении. 

Давайте проверим это утверждение на простом опыте. Возьмем медный шарик, который в обычном состоянии спокойно проходит через кольцо (рисунок 2, а), закрепленное на штативе.

А теперь нагреем шарик. Мы увидим, что через кольцо он уже не проходит (рисунок 2, б). Шарик увеличился в размерах при нагревании.

Когда же он остынет, то снова начнет проходить через кольцо. Получается, что при нагревании твердое тело увеличивается в объеме, а при охлаждении — уменьшается.

{"questions":[{"content":"Если заморозить твердое тело, то[[choice-5]]","widgets":{"choice-5":{"type":"choice","options":["его объем уменьшится","его объем увеличится","его форма изменится, а объем останется неизменным"],"answer":[0]}}}]}

Опыт с нагреванием жидкости

Теперь давайте проведем похожий опыт с жидкостью. Посмотрим, как она будет вести себя при нагревании.

Наполним колбу водой. Плотно закроем ее пробкой, через которую будет проходить стеклянная трубка. Отметим уровень жидкости в трубке (рисунок 3, а). Начнем нагревать нашу жидкость, и увидим, что уровень воды в трубке начнет подниматься (рисунок 3, б).

Как меняется объем тела при изменении расстояния между частицами?
Так как все вещества состоят из отдельных частиц, можно предположить, что объем тела увеличивается, когда увеличивается расстояние между этими частичками. И наоборот, когда расстояние между частицами уменьшается, объем тела становится меньше.

После этих опытов мы можем сделать вывод.

При нагревании объем тела увеличивается, а при охлаждении уменьшается.

{"questions":[{"content":"Если расстояние между частицами вещества увеличивается, то объем этого тела[[choice-8]]","widgets":{"choice-8":{"type":"choice","options":["тоже увеличивается","уменьшается","остается неизменным"],"answer":[0]}}}]}

Опыт с окрашиванием воды

Так почему же мы не видим этих частиц, из которых состоят вещества? Современная наука доказала, что размер частиц невероятно мал, и мы просто не можем увидеть их невооруженным взглядом.

Но мы можем доказать факт существования этих частиц на следующем простейшем опыте (рисунок 4). Возьмем колбу с водой и растворим в ней каплю фиолетовой краски. Что произойдет? Вода окрасится в фиолетовый цвет (колба №1). 

Далее отольем немного воды из колбы №1 в пустую колбу №2 и дольем в нее чистую воду. Теперь вода в колбе №2 будет окрашена не так интенсивно, как в колбе №1.

Ту же самую операцию проделаем с колбой №3, но окрашенную воду будем доливать из колбы №2. Таким образом, мы получим в колбе №3 самый бледный оттенок окрашенной воды.

Как же этот опыт подтверждает гипотезу о том, что все вещества состоят из частиц? Поскольку в колбу №1 попала всего лишь 1 капля зелёной краски, а окрасилась вода и в остальных колбах.

Можно предположить, что эта капля в свою очередь состояла из огромного множества мелких частиц, которые и оказались во всех трех колбах.

Именно этот опыт показывает, что частицы вещества очень малы.

{"questions":[{"content":"Частицы вещества[[choice-11]]","widgets":{"choice-11":{"type":"choice","options":["очень малы","невозможно увидеть невооруженным глазом","возможно увидеть при правильном освещении","имеют средние размеры"],"answer":[0,1]}}}]}