• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Stan skupienia materii



    Podstrony: [1] 2 [3]
    Przeczytaj także...
    Encyklopedia PWN – encyklopedia internetowa, oferowana – bezpłatnie i bez konieczności uprzedniej rejestracji – przez Wydawnictwo Naukowe PWN. Encyklopedia zawiera około 122 tysiące haseł i 5 tysięcy ilustracji.Cząsteczka (molekuła) – neutralna elektrycznie grupa dwóch lub więcej atomów utrzymywanych razem kowalencyjnym wiązaniem chemicznym. Cząsteczki różnią się od cząstek (np. jonów) brakiem ładunku elektrycznego. Jednakże, w fizyce kwantowej, chemii organicznej i biochemii pojęcie cząsteczka jest zwyczajowo używane do określania jonów wieloatomowych.
    Fazy materii[ | edytuj kod]

    Właściwości ciał w poszczególnych stanach zależą od ułożenia cząsteczek (lub atomów), z których zbudowane jest to ciało. Z tego punktu widzenia ten stary podział jest prawdziwy tylko dla niektórych substancji, gdyż badania naukowe wykazały, że to, co wcześniej uważano za jeden stan skupienia, można w rzeczywistości podzielić na wiele faz materii, różniących się konfiguracją cząsteczek. Mogą nawet występować sytuacje, w których w jednym ciele równocześnie cząsteczki mogą być ułożone w różny sposób. W szczególności okazało się, że stały i ciekły stan skupienia może być realizowany na wiele różnych sposobów. Sposoby te są nazywane fazami materii. Liczba niezależnych składników, liczba faz w układzie oraz liczba zmiennych intensywnych (np. ciśnienie, temperatura), które można zmieniać bez jakościowej zmiany układu, opisuje ważna reguła faz Gibbsa.

    Gaz – stan skupienia materii, w którym ciało fizyczne łatwo zmienia kształt i zajmuje całą dostępną mu przestrzeń. Właściwości te wynikają z własności cząsteczek, które w fazie gazowej mają pełną swobodę ruchu. Wszystkie one cały czas przemieszczają się w przestrzeni zajmowanej przez gaz i nigdy nie zatrzymują się w jednym miejscu. Między cząsteczkami nie występują żadne oddziaływania dalekozasięgowe, a jeśli, to bardzo słabe. Jedyny sposób, w jaki cząsteczki na siebie oddziałują, to zderzenia. Oprócz tego, jeśli gaz jest zamknięty w naczyniu, to jego cząsteczki stale zderzają się ze ściankami tego naczynia, wywierając na nie określone i stałe ciśnienie.Atom – podstawowy składnik materii. Składa się z małego dodatnio naładowanego jądra o dużej gęstości i otaczającej go chmury elektronowej o ujemnym ładunku elektrycznym.

    Zmiana fazy materii może wymagać dostarczenia lub odebrania energii, wówczas ilość przepływającej energii (ciepła Q) jest proporcjonalna do masy substancji zmieniającej fazę i można wyrazić ją wzorem: m – masa, L – ciepło przemiany fazowej (np. ciepło topnienia, ciepło skraplania).

    Możliwe zależności ciepła właściwego C od temperatury T w pobliżu temperatury przemiany fazowej (linia przerywana)

    Niektóre przemiany fazowe przebiegają bez dostarczenia lub odebrania energii, o zmianie fazy wnioskujemy na podstawie skokowej zmiany niektórych wielkości opisujących to ciało.

    Kondensat fermionów to twór teoretyczny, zaproponowany przez Enrico Fermiego, nazywany na jego cześć czasami cieczą Fermiego. Miałby to być stan skupienia materii, w którym występowałby kondensat składający się z populacji fermionów, z których wszystkie razem występowałyby w tym samym stanie kwantowym.Kryształ condis to faza pośrednia między kryształem i cieczą. Nazwa tej fazy pochodzi od angielskich słów conformation disorder, czyli nieporządek konformacyjny.

    Opisem procesów zmian pomiędzy fazami zajmuje się teoria przejść fazowych, zwana także czasem teorią zjawisk krytycznych.

    Wykresy fazowe są często stosowaną w fizyce graficzną reprezentacją rzeczywistego fazowego zachowania się danej substancji. Mają one na osiach ciśnienie i temperaturę. Linie oznaczają warunki, w których dochodzi do przemian fazowych, zaś obszary między nimi wyznaczają warunki, w których dana faza jest stabilna.

    W przypadku substancji składających się z jednego rodzaju atomów lub jednego rodzaju cząsteczek, które tak jak woda posiadają tylko trzy fazy – krystaliczną, ciekłą i gazową, wykres ten przybiera zazwyczaj następującą postać:

    Kryształ plastyczny to taki kryształ, w którym cząsteczki mają zablokowaną swobodę przemieszczania się, ale w obrębie swoich miejsc w sieci mają swobodę rotacji.Cementyt – metastabilny węglik żelaza o wzorze empirycznym Fe3C (25% atomów C, co stanowi 6,67% masowych C). Jest jednym ze składników strukturalnych występującym w stali i żeliwach.

    Dla substancji bardziej złożonych lub zdolnych do tworzenia większej liczby faz wykres ten przybiera często zupełnie inny kształt.

    Przykład równowagi fazowej dla układu wielofazowego – stop żelaza z węglem

    Poniższy diagram przedstawia stany równowagi fazowej dla roztworu węgla w żelazie (linia ciągła dotyczy roztworu cementytu w żelazie, a linia przerywana – roztworu grafitu w żelazie). Z wykresu tego wynika podział stopów żelaza na stal (0–2,11% C) i żeliwo (2,11–6,67% C) oraz właściwości różnych gatunków stali. Każdy obszar odpowiada stanowi stabilnemu jednej z form, szybkie chłodzenie stali powoduje zachowanie układu cząsteczek fazy z wyższej temperatury w temperaturach pokojowych (tzw. hartowanie i obróbka cieplna stali).

    Plazma kwarkowo-gluonowa (QGP z ang. Quark-Gluon Plasma) – stan materii jądrowej występujący przy wysokich temperaturach i dużej gęstości materii. Jest to mieszanina swobodnych kwarków i gluonów. Materia w takim stanie występowała w początkowym okresie po Wielkim Wybuchu. Obecnie, w zderzeniach jąder atomów ciężkich pierwiastków w akceleratorach, gdy energia materii jądrowej po zderzeniu osiąga T ≳ 170 GeV {displaystyle Tgtrsim 170{ ext{GeV}}} , obserwuje się, że materia jądrowa zachowuje się bardziej jak ciecz nadciekła niż plazmowy gaz, co jest interpretowane jako sygnał powstania stanu plazmy kwarkowo-gluonowej.Substancja – materia składająca się z obiektów (cząstek, atomów) posiadających masę spoczynkową. Substancją nie jest zatem np. fala lub pole fizyczne (grawitacyjne, elektryczne).
     Osobny artykuł: Stop żelaza z węglem.

    Pełny podział stanów skupienia[ | edytuj kod]

    W najobszerniejszej dotąd opublikowanej klasyfikacji występuje 500 stanów skupienia. Nie każda zmiana wyglądu danej substancji musi od razu wiązać się z faktyczną zmianą fazy. Wiele substancji – zwłaszcza tych, które są mieszaninami różnych związków chemicznych – może występować naraz w dwóch lub więcej fazach. W substancjach takich występują wtedy tzw. domeny, czyli małe obszary różnych faz, które łącznie tworzą tzw. mikrostrukturę danej substancji. Zjawisko to występuje np. w szkle oraz w stopach metali, gdzie występują domeny fazy krystalicznej i fazy amorficznej.
    W fizyce przyjmuje się, że dana substancja istnieje w dwóch różnych fazach, gdy:

    Grawitacja (ciążenie powszechne) – jedno z czterech oddziaływań podstawowych, będące zjawiskiem naturalnym polegającym na tym, że wszystkie obiekty posiadające masę oddziałują na siebie wzajemnie przyciągając się.Stop metali (dawniej także: aliaż) – tworzywo o właściwościach metalicznych, w którego strukturze metal jest osnową, a poza nim występuje co najmniej jeden dodatkowy składnik, zwany dodatkiem stopowym. Dodatki są wprowadzane w celu poprawienia wytrzymałościowych właściwości materiału. Zwykle pogarszają plastyczność, przewodnictwo elektryczne, przewodnictwo cieplne. Często zmniejszają również odporność na korozję.
  • zmieniając ciśnienie lub temperaturę, obserwuje się w pewnym momencie przemianę fazową; przemiana ta musi się wiązać z mierzalną skokową zmianą entropii układu, wskazującą na to, że doszło do zasadniczego jakościowego przeorganizowania się cząsteczek;
  • ta sama substancja występująca naraz w dwóch fazach nie miesza się ze sobą, tworząc tzw. granicę międzyfazową.
  • Aktualnie w fizyce przyjmuje się istnienie następujących faz:

    Gwiazda dziwna (gwiazda kwarkowa) – hipotetyczny typ gwiazdy zbudowanej z materii dziwnej. Istnienie takiej ultragęstej materii jest spekulowane wewnątrz bardzo masywnych gwiazd neutronowych. Modele teoretyczne sugerują, że gdy materia jądrowa w gwieździe (neutrinium – materia jądrowa w równowadze ze względu na słaby rozpad β) znajduje się pod wpływem dostatecznie dużego ciśnienia pochodzącego od grawitacji gwiazdy, zachodzi w niej proces dezintegracji nukleonów do materii kwarkowej. Gwiazda kwarkowa jest układem zawierającym plazmę kwarkową w równowadze ze względu na rozpad β (podobnie jak rozpad neutronów w gwieździe neutronowej), w skład której wchodzą kwarki (u, d, s) i gluony. Obecność gluonów opisuje stała B (nazywana stałą worka) oraz zmiana masy kwarków (masa efektywna). W chromodynamice (QCD) kwarki zyskują w plazmie kwarkowo-gluonowej znaczne masy (mu*=md* ~ 330 MeV/c², ms* ~ 450 MeV/c² (masy konstytuentne)). Swobodne kwarki gdy są ekstremalnie blisko siebie (swoboda asymptotyczna) posiadają niewielkie masy (mu*=md* ~ 7 MeV/c², ms* ~ 150 MeV/c² (masy bieżące)).Ciśnienie normalne – ciśnienie równe 101325 Pa, czyli 1 atmosferze fizycznej, jeden z parametrów warunków normalnych. W przybliżeniu odpowiada ciśnieniu atmosferycznemu.
  • fazy płynne – czyli takie, które płyną, gdy poddaje się je siłom ścinającym:
  • plazma kwarkowa – hipotetyczny stan występujący, gdy ciśnienie jest na tyle duże, że w plazmie neutronowej przestają istnieć neutrony jako oddzielne cząstki, a zlewają się w jedno; stan ten występuje w gwiazdach dziwnych, są to gwiazdy o gęstości większej od gęstości gwiazdy neutronowej;
  • plazma neutronowa – jest to w zasadzie gaz, jednak składający się głównie z neutronów; z plazmy tej zbudowane są gwiazdy neutronowe;
  • plazma – jest to w zasadzie gaz, ale tworzony przez silnie zjonizowane atomy/cząsteczki oraz elektrony; plazmę można wytwarzać w specjalnych urządzeniach, występuje ona także w jądrach większości gwiazd; w plazmie cząsteczki mają na tyle dużą energię, że zderzenia między cząsteczkami nie są sprężyste, dochodzi do wzbudzenia lub jonizacji cząsteczek; plazma przewodzi prąd elektryczny;
  • faza gazowa – całkowity brak organizacji – cząsteczki (lub atomy) mają pełną swobodę ruchu i nie występują między nimi żadne oddziaływania oprócz odpychania w momencie zderzeń i przyciągania grawitacyjnego (które jest istotne dla zachowania się dużych obszarów gazu w przestrzeniach międzygwiezdnych); energia cząsteczek nie jest zbyt duża i dlatego ich zderzenia są sprężyste; w gazie mogą występować przyciągania między cząsteczkami, lecz energia tych oddziaływań jest mniejsza od energii kinetycznej cząsteczek;
  • faza nadkrytyczna – powstająca po przekroczeniu ciśnienia i temperatury punktu krytycznego; faza ta ma pośrednie właściwości między cieczą a gazem;
  • faza ciekła – istnieje przyciąganie międzycząsteczkowe powodujące, że cząsteczki pozostają blisko siebie, ale zachowują swobodę ruchu; oddziaływania te tworzą bliskozasięgowe i średniozasięgowe uporządkowanie w cieczy lub w roztworach, przykładowo – oddziaływania dipolowe (odpowiedzialne za hydratację jonów w roztworze), siły Van der Waalsa oraz wiązania wodorowe; istnienie tych oddziaływań powoduje powstawanie uporządkowanych struktur cząsteczek w cieczach, w szczególności w wodzie, bez nich nie mogłyby istnieć organizmy żywe;
  • faza ciekła izotropowa – w fazie tej nie występuje żadne dalekozasięgowe uporządkowanie cząsteczek (podobnie jak w gazach), choć mogą występować elementy uporządkowania krótkozasięgowego (w obrębie kilku – kilkunastu cząsteczek);
  • faza nadciekła – różni się od zwykłej cieczy tym, że jej lepkość jest równa 0; fazę nadciekłą tworzą substancje, które są w stanie utworzyć kondensat Bosego-Einsteina lub kondensat fermionów. Układy nadciekłe zbliżone są do zwykłych cieczy, ale ruchy atomów wykonywane są kolektywnie. Wykazują one zerową lepkość podczas przepływu, mogą wypełzać z naczynia po jego ściankach i wykazują ciekawe właściwości akustyczne. Obecnie znane są tylko dwa przykłady układów nadciekłych: Hel-4 w temperaturze poniżej 2,1768 K oraz Hel-3 o temperaturze poniżej 0,0026 K;
  • ciekłe kryształy – są to wbrew nazwie ciecze, w których jednak istnieje częściowe dalekozasięgowe uporządkowanie cząsteczek; obecnie znanych jest kilkadziesiąt różnych faz ciekłokrystalicznych, które różnią się rodzajem tego dalekozasięgowego uporządkowania;
  • fazy stałe – czyli takie, które nie płyną, tzn. pod wpływem sił ścinających ulegają naprężeniom, a przy większych pękają lub płyną (plastyczne):
  • faza krystaliczna – w fazie tej cząsteczki są dobrze zlokalizowane i tworzą trwałe sieci;
  • kryształy plastyczne – w fazie tej cząsteczki są również zablokowane, ale mogą rotować (obracać się) wokół własnych osi;
  • kryształy condis – w fazie tej cząsteczki nie mogą się przemieszczać, ale mogą zmieniać w dość szerokim zakresie swoją konformację;
  • faza amorficzna – w fazie tej cząsteczki nie tworzą sieci krystalicznej, ale oddziaływania między nimi są na tyle silne, że nie mogą się one swobodnie przemieszczać względem siebie; czasami fazę amorficzną nazywa się też superlepką cieczą lub cieczą zamrożoną.
  • <|||||||||| |||||||||| |||||||||| |||||||||| |||||||||| |||||||||| |||||||||| |||||||||| |||||||||| |||||||||| - |||||||||| |||||||||| ||||||||||>Ciepło w fizyce – jeden z dwóch, obok pracy, sposobów przekazywania energii wewnętrznej układowi termodynamicznemu. Jest to przekazywanie energii chaotycznego ruchu cząstek (atomów, cząsteczek, jonów).


    Podstrony: [1] 2 [3]



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Warto wiedzieć że... beta

    Hartowanie – rodzaj obróbki cieplnej materiału polegający na nagrzaniu danego materiału do odpowiedniej temperatury zwanej temperaturą hartowania, wytrzymaniu w tej temperaturze przez czas konieczny do przebudowy struktury wewnętrznej materiału (głównie przemian fazowych) oraz następnym odpowiednio szybkim schłodzeniu. Po tak przeprowadzonym zabiegu w materiale powstają lokalne koncentracje naprężeń powodujące zwykle wzrost własności wytrzymałościowych: twardości, wytrzymałości, granicy plastyczności i sprężystości oraz odporności na ścieranie kosztem wzrostu kruchości oraz spadku plastyczności i wydłużenia.
    Punkt krytyczny to warunki krytyczne definiujące stan układu fizycznego oddzielające stany o odmiennych właściwościach (ciecz - para nasycona), w którym nie można rozróżnić obu stanów (cieczy i pary nasyconej). Na przykład:
    Lepkość (tarcie wewnętrzne, wiskoza) – właściwość płynów i plastycznych ciał stałych charakteryzująca ich opór wewnętrzny przeciw płynięciu. Lepkością nie jest opór przeciw płynięciu powstający na granicy płynu i ścianek naczynia. Lepkość jest jedną z najważniejszych cech płynów (cieczy i gazów).
    Właściwość fizyczna – cecha substancji, z wyłączeniem właściwości chemicznych, czyli ujawniających się w reakcjach chemicznych.
    Jon – atom lub grupa atomów połączonych wiązaniami chemicznymi, która ma niedomiar lub nadmiar elektronów w stosunku do protonów. Obojętne elektrycznie atomy i cząsteczki związków chemicznych posiadają równą liczbę elektronów i protonów, jony zaś są elektrycznie naładowane dodatnio lub ujemnie.
    Ciekłe kryształy – nazwa fazy pośredniej między ciekłym i krystalicznym stanem skupienia materii, którą charakteryzuje zdolność do płynięcia, charakterystyczna dla cieczy i jednocześnie dalekozasięgowe uporządkowanie tworzących ją cząsteczek, podobnie jak to ma miejsce w kryształach.
    Żelazo (Fe, łac. ferrum) – metal z VIII grupy pobocznej o dużym znaczeniu gospodarczym, znane od czasów starożytnych.

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.023 sek.