Теория:
Опыты с нагреванием
Мы привыкли, что все предметы вокруг нас имеют постоянный размер и объём. Но так ли всё на самом деле?
Опыт \(1\).
На рисунке металлический шарик свободно проходит сквозь кольцо. В нижней точке он нагревается и увеличивается в объёме настолько, что в кольцо не проходит.
Когда шарик остынет, он вернётся в исходное состояние и снова легко пройдёт сквозь кольцо.
Рис. \(1\). Металлический шар проходит сквозь кольцо
Этот опыт подтверждает, что твёрдые тела могут менять размеры при изменении температуры.
Опыт \(2\).
Изменяется ли объём жидкости при нагревании?
- Возьмём колбу с водой и закроем отверстие пробкой.
- Вставим стеклянную трубочку в отверстие пробки.
- Прогреем жидкость, находящуюся в колбе.
- Уровень воды поднимется не только в колбе, но и в трубке.
Это происходит из-за того, что вода в колбе при нагревании расширяется, занимает весь предоставленный объём в колбе и продолжает заполнять трубку.
Если колбу не нагревать, дать жидкости остыть, то вода займёт первоначальный объём. При охлаждении жидкости уменьшаются в объёме.
Рис. \(2\). Нагревание колбы с жидкостью
Объём тела можно изменить нагреванием и охлаждением:
- при нагревании объём тел увеличивается пропорционально температуре: \(T\uparrow ~\Rightarrow V\uparrow\).
- при охлаждении объём тел уменьшается пропорционально температуре: \(T\downarrow ~\Rightarrow V\downarrow\).
Заметим, что мы не можем бесконечно нагревать вещества. При определённых температурах в металлах начнётся процесс плавления, а в жидкостях — процесс кипения.
Опыты подтверждают гипотезу о том, что все вещества состоят из отдельных частичек — молекул, которые удаляются друг от друга при нагревании и объём увеличивается, а когда частицы сближаются — объём уменьшается.
Опыт с растворением вещества в воде
Если положить небольшой кусочек сахара в стакан с водой и размешать, то сахар полностью растворится.
Рис. \(3\). Растворение сахара в воде
На рисунке \(3\) можно увидеть, что молекулы воды окружают молекулы сахара, находящиеся на поверхности кристалла сахара. Между молекулами двух веществ возникают межмолекулярные связи, благодаря которым молекулы сахара отрываются от поверхности кристалла. Сахар становится невидимым в воде.
Однако, если нагреть этот раствор, то вода испарится и останется только сахар в виде белых кристаллов.
Этот опыт иллюстрирует дискретное строение вещества. Когда сахар растворяется в воде, он распадается на мельчайшие частицы, атомы и молекулы, которые становятся невидимыми в растворе. Однако, когда вода испаряется, сахарные частицы снова образуют кристаллы.
Источники:
Рис. 1. Металлический шар проходит сквозь кольцо. © ЯКласс.
Источники:
Рис. 2. Нагревание колбы с жидкостью. © ЯКласс.
Источники:
Рис. 3. Растворение сахара в воде. Лицензия Shutterstock.