1. Estructura de cuerpos gaseosos, líquidos y sólidos.
La teoría cinética molecular permite comprender por qué una sustancia puede existir en estado gaseoso, líquido y sólido.
Gases. En los gases, la distancia entre átomos o moléculas es, en promedio, muchas veces mayor. más tamaños las moléculas mismas ( Fig.8.5). Por ejemplo, a presión atmosférica el volumen de un recipiente es decenas de miles de veces mayor que el volumen de las moléculas que contiene.
Los gases se comprimen fácilmente y la distancia promedio entre las moléculas disminuye, pero la forma de la molécula no cambia ( Fig.8.6).
Las moléculas se mueven a velocidades enormes (cientos de metros por segundo) en el espacio. Cuando chocan, rebotan entre sí en diferentes direcciones como bolas de billar. Las débiles fuerzas de atracción de las moléculas de gas no pueden mantenerlas cerca unas de otras. Es por eso Los gases pueden expandirse ilimitadamente. No conservan ni forma ni volumen.
Numerosos impactos de moléculas en las paredes del recipiente crean presión de gas.
Líquidos. Las moléculas del líquido están ubicadas casi cerca unas de otras ( Fig.8.7), por lo que una molécula de líquido se comporta de manera diferente a una molécula de gas. En los líquidos existe el llamado orden de corto alcance, es decir, la disposición ordenada de las moléculas se mantiene a distancias iguales a varios diámetros moleculares. La molécula oscila alrededor de su posición de equilibrio, chocando con las moléculas vecinas. Sólo de vez en cuando da otro “salto”, alcanzando una nueva posición de equilibrio. En esta posición de equilibrio, la fuerza de repulsión es igual a la fuerza de atracción, es decir, la fuerza de interacción total de la molécula es cero. Tiempo vida asentada moléculas de agua, es decir, el tiempo de sus vibraciones alrededor de una posición de equilibrio específica a temperatura ambiente, es en promedio de 10 a 11 s. El tiempo de una oscilación es mucho menor (10 -12 -10 -13 s). Al aumentar la temperatura, el tiempo de residencia de las moléculas disminuye.
La naturaleza del movimiento molecular en los líquidos, establecida por primera vez por el físico soviético Ya.I. Frenkel, nos permite comprender las propiedades básicas de los líquidos.
Las moléculas líquidas se encuentran una al lado de la otra. A medida que el volumen disminuye, las fuerzas repulsivas se vuelven muy grandes. Esto explica baja compresibilidad de líquidos.
Como es sabido, Los líquidos son fluidos, es decir, no conservan su forma.. Esto se puede explicar de esta manera. La fuerza externa no cambia notablemente el número de saltos moleculares por segundo. Pero los saltos de moléculas de una posición estacionaria a otra ocurren predominantemente en la dirección de acción. Fuerza externa (Fig.8.8). Por eso el líquido fluye y toma la forma del recipiente.
Sólidos. Los átomos o moléculas de sólidos, a diferencia de los átomos y moléculas de líquidos, vibran alrededor de ciertas posiciones de equilibrio. Por esta razón, los sólidos conservar no sólo el volumen, sino también la forma. Energía potencial de interacción molecular. sólido significativamente mayor que su energía cinética.
Existe otra diferencia importante entre líquidos y sólidos. Un líquido se puede comparar con una multitud de personas, donde los individuos se empujan inquietamente en su lugar, y un cuerpo sólido es como una cohorte esbelta de los mismos individuos que, aunque no se mantienen firmes, mantienen en promedio ciertas distancias entre ellos. . Si conectas los centros de las posiciones de equilibrio de los átomos o iones de un cuerpo sólido, obtendrás una red espacial regular llamada cristalino.
Las figuras 8.9 y 8.10 muestran las redes cristalinas de la sal de mesa y el diamante. El orden interno en la disposición de los átomos en los cristales conduce a formas geométricas externas regulares.
La figura 8.11 muestra diamantes Yakut.
En un gas, la distancia l entre moléculas es mucho mayor que el tamaño de las moléculas 0:" l>>r 0 .
Para líquidos y sólidos l≈r 0. Las moléculas de un líquido están dispuestas en desorden y de vez en cuando saltan de una posición fija a otra.
Los sólidos cristalinos tienen moléculas (o átomos) dispuestos de manera estrictamente ordenada.
2. Gas ideal en la teoría cinética molecular.
El estudio de cualquier campo de la física siempre comienza con la introducción de un modelo determinado, en cuyo marco se llevan a cabo estudios posteriores. Por ejemplo, cuando estudiamos cinemática, el modelo del cuerpo era un punto material, etc. Como habrás adivinado, el modelo nunca corresponderá a los procesos que realmente ocurren, pero a menudo se acerca mucho a esta correspondencia.
Física molecular, y en particular MKT, no es una excepción. En el problema de la descripción del modelo han trabajado muchos científicos desde el siglo XVIII: M. Lomonosov, D. Joule, R. Clausius (Fig. 1). Este último, de hecho, introdujo el modelo de gas ideal en 1857. Una explicación cualitativa de las propiedades básicas de una sustancia basada en la teoría cinética molecular no es particularmente difícil. Sin embargo, la teoría que establece conexiones cuantitativas entre cantidades medidas experimentalmente (presión, temperatura, etc.) y las propiedades de las propias moléculas, su número y velocidad de movimiento, es muy compleja. En un gas a presiones normales, la distancia entre las moléculas es muchas veces mayor que sus dimensiones. En este caso, las fuerzas de interacción entre moléculas son insignificantes y la energía cinética de las moléculas es mucho mayor. energía potencial interacciones. Las moléculas de gas se pueden considerar como puntos materiales o bolitas duras muy pequeñas. En lugar de gasolina de verdad, entre cuyas moléculas hay acciones fuerzas complejas interacción, lo consideraremos El modelo es un gas ideal.
Gas ideal– un modelo de gas, en el que las moléculas y los átomos del gas se representan en forma de bolas elásticas muy pequeñas (de tamaño cada vez menor) que no interactúan entre sí (sin contacto directo), sino que sólo chocan (ver Fig. 2).
Cabe señalar que el hidrógeno enrarecido (a muy baja presión) satisface casi por completo el modelo de gas ideal.
Arroz. 2.
Gas ideal Es un gas en el que la interacción entre moléculas es insignificante. Naturalmente, cuando las moléculas de un gas ideal chocan, actúa sobre ellas una fuerza repulsiva. Como podemos considerar las moléculas de gas, según el modelo, como puntos materiales, despreciamos los tamaños de las moléculas, considerando que el volumen que ocupan es mucho menor que el volumen del recipiente.
Recordemos que en un modelo físico solo se tienen en cuenta aquellas propiedades de un sistema real, cuya consideración es absolutamente necesaria para explicar los patrones de comportamiento estudiados de este sistema. Ningún modelo puede transmitir todas las propiedades de un sistema. Ahora tenemos que resolver un problema bastante limitado: utilizar la teoría cinética molecular para calcular la presión de un gas ideal en las paredes de un recipiente. Para este problema, el modelo del gas ideal resulta bastante satisfactorio. Conduce a resultados que son confirmados por la experiencia.
3. Presión del gas en la teoría cinética molecular.
Deje que el gas esté en un recipiente cerrado. El manómetro muestra la presión del gas página 0. ¿Cómo surge esta presión?
Cada molécula de gas que golpea la pared actúa sobre ella con una determinada fuerza durante un corto período de tiempo. Como resultado de impactos aleatorios en la pared, la presión cambia rápidamente con el tiempo, aproximadamente como se muestra en la Figura 8.12. Sin embargo, los efectos causados por los impactos de moléculas individuales son tan débiles que no son registrados por un manómetro. El manómetro registra la fuerza promedio en el tiempo que actúa sobre cada unidad de su superficie. elemento sensible- membranas. A pesar de pequeños cambios de presión, el valor medio de presión página 0 Prácticamente resulta ser un valor completamente definido, ya que hay muchos impactos en la pared y las masas de las moléculas son muy pequeñas.
Un gas ideal es un modelo de un gas real. Según este modelo, las moléculas de gas pueden considerarse como puntos materiales cuya interacción se produce sólo cuando chocan. Al chocar contra una pared, las moléculas de gas ejercen presión sobre ella.
4. Micro y macroparámetros del gas.
Ahora podemos empezar a describir los parámetros de un gas ideal. Se dividen en dos grupos:
Parámetros de los gases ideales
Es decir, los microparámetros describen el estado de una sola partícula (microcuerpo) y los macroparámetros describen el estado de toda la porción de gas (macrocuerpo). Anotemos ahora la relación que conecta unos parámetros con otros, o la ecuación básica de MKT:
Aquí: - velocidad media de movimiento de partículas;
Definición. – concentración partículas de gas: el número de partículas por unidad de volumen; ; unidad - .
5. Valor medio del cuadrado de la velocidad de las moléculas.
Para calcular la presión promedio, es necesario conocer la velocidad promedio de las moléculas (más precisamente, el valor promedio del cuadrado de la velocidad). Esta no es una simple pregunta. Estás acostumbrado al hecho de que cada partícula tiene velocidad. La velocidad promedio de las moléculas depende del movimiento de todas las partículas.
Valores promedio. Desde el principio, debes dejar de intentar rastrear el movimiento de todas las moléculas que componen el gas. Son demasiados y se mueven con mucha dificultad. No necesitamos saber cómo se mueve cada molécula. Debemos descubrir a qué resultado conduce el movimiento de todas las moléculas de gas.
La naturaleza del movimiento de todo el conjunto de moléculas de gas se conoce por experiencia. Las moléculas participan en un movimiento aleatorio (térmico). Esto significa que la velocidad de cualquier molécula puede ser muy grande o muy pequeña. La dirección del movimiento de las moléculas cambia constantemente cuando chocan entre sí.
Sin embargo, las velocidades de las moléculas individuales pueden ser cualquiera. promedio el valor del módulo de estas velocidades es bastante definido. De manera similar, la altura de los estudiantes de una clase no es la misma, pero su promedio es un número determinado. Para encontrar este número, debes sumar las alturas de los estudiantes individuales y dividir esta suma por el número de estudiantes.
El valor medio del cuadrado de la velocidad. En el futuro, necesitaremos el valor medio no de la velocidad en sí, sino del cuadrado de la velocidad. La energía cinética promedio de las moléculas depende de este valor. Y la energía cinética promedio de las moléculas, como pronto veremos, es muy importante en toda la teoría cinética molecular.
Denotemos los módulos de velocidad de las moléculas de gas individuales por . El valor medio del cuadrado de la velocidad se determina mediante la siguiente fórmula:
Dónde norte- el número de moléculas en el gas.
Pero el cuadrado del módulo de cualquier vector es igual a la suma de los cuadrados de sus proyecciones sobre los ejes de coordenadas. BUEY, OY, OZ. Es por eso
Los valores medios de cantidades se pueden determinar utilizando fórmulas similares a la fórmula (8.9). Entre el valor medio y los valores medios de los cuadrados de las proyecciones existe la misma relación que relación (8.10):
De hecho, la igualdad (8.10) es válida para cada molécula. Sumando estas igualdades para moléculas individuales y dividiendo ambos lados de la ecuación resultante por el número de moléculas norte, llegamos a la fórmula (8.11).
¡Atención! Dado que las direcciones de los tres ejes Oh, Oh Y ONZ Debido al movimiento aleatorio de las moléculas, son iguales, los valores promedio de los cuadrados de las proyecciones de velocidad son iguales entre sí:
Verá, un cierto patrón emerge del caos. ¿Podrías resolver esto por ti mismo?
Teniendo en cuenta la relación (8.12), sustituimos en la fórmula (8.11) en lugar de y . Entonces para el cuadrado medio de la proyección de velocidad obtenemos:
es decir, el cuadrado medio de la proyección de velocidad es igual a 1/3 del cuadrado medio de la velocidad misma. El factor 1/3 aparece debido a la tridimensionalidad del espacio y, en consecuencia, a la existencia de tres proyecciones para cualquier vector.
Las velocidades de las moléculas cambian aleatoriamente, pero el cuadrado promedio de la velocidad es un valor bien definido.
6. Ecuación básica de la teoría cinética molecular.
Procedamos a la derivación de la ecuación básica de la teoría cinética molecular de los gases. Esta ecuación establece la dependencia de la presión del gas de la energía cinética promedio de sus moléculas. Después de la derivación de esta ecuación en el siglo XIX. y comenzó la prueba experimental de su validez. rápido desarrollo teoría cuantitativa, que continúa hasta el día de hoy.
La prueba de casi cualquier enunciado en física, la derivación de cualquier ecuación, se puede realizar con distintos grados de rigor y convicción: muy simplificada, más o menos rigurosa o con todo el rigor disponible. ciencia moderna.
Una derivación rigurosa de la ecuación de la teoría cinética molecular de los gases es bastante compleja. Por lo tanto, nos limitaremos a una derivación esquemática y muy simplificada de la ecuación. A pesar de todas las simplificaciones, el resultado será correcto.
Derivación de la ecuación básica. Calculemos la presión del gas en la pared. CD buque A B C Dárea S, perpendicular al eje de coordenadas BUEY (Fig.8.13).
Cuando una molécula choca contra una pared, su impulso cambia: . Dado que el módulo de velocidad de las moléculas al impactar no cambia, entonces 
. Según la segunda ley de Newton, el cambio en el impulso de una molécula es igual al impulso de la fuerza que actúa sobre ella desde la pared del recipiente, y según la tercera ley de Newton, la magnitud del impulso de la fuerza con la que La molécula actúa sobre la pared es la misma. En consecuencia, como resultado del impacto de la molécula, se ejerció una fuerza sobre la pared, cuyo impulso es igual a .
¿Cuál es la distancia promedio entre moléculas de vapor de agua saturado a una temperatura de 100° C?
Problema No. 4.1.65 de la “Colección de problemas de preparación para los exámenes de ingreso a física en la USPTU”
Dado:
\(t=100^\circ\) C, \(l-?\)
La solución del problema:
Consideremos vapor de agua en una cantidad arbitraria igual a \(\nu\) moles. Para determinar el volumen \(V\) ocupado por una determinada cantidad de vapor de agua, es necesario utilizar la ecuación de Clapeyron-Mendeleev:
En esta fórmula, \(R\) es la constante universal de los gases igual a 8,31 J/(mol K). La presión del vapor de agua saturado \(p\) a una temperatura de 100° C es igual a 100 kPa, esto hecho conocido, y todo estudiante debería saberlo.
Para determinar el número de moléculas de vapor de agua \(N\), utilizamos la siguiente fórmula:
Aquí \(N_A\) es el número de Avogadro, igual a 6.023·10 23 1/mol.
Entonces para cada molécula existe un cubo de volumen \(V_0\), obviamente determinado por la fórmula:
\[(V_0) = \frac(V)(N)\]
\[(V_0) = \frac((\nu RT))((p\nu (N_A))) = \frac((RT))((p(N_A)))\]
Ahora mira el diagrama del problema. Cada molécula está ubicada condicionalmente en su propio cubo, la distancia entre dos moléculas puede variar de 0 a \(2d\), donde \(d\) es la longitud del borde del cubo. La distancia promedio \(l\) será igual a la longitud de la arista del cubo \(d\):
La longitud del borde \(d\) se puede encontrar así:
Como resultado, obtenemos la siguiente fórmula:
Convirtamos la temperatura a la escala Kelvin y calculemos la respuesta:
Respuesta: 3,72 nm.
Si no comprende la solución y tiene alguna pregunta o ha encontrado un error, no dude en dejar un comentario a continuación.
Las moléculas son muy pequeñas, las moléculas ordinarias no se pueden ver ni siquiera con el microscopio óptico más potente, pero algunos parámetros de las moléculas se pueden calcular con bastante precisión (masa), y otros sólo se pueden estimar de forma muy aproximada (dimensiones, velocidad), y también sería Sería bueno entender qué “tamaño” son las moléculas y de qué tipo de “velocidad de las moléculas” estamos hablando. Entonces, la masa de una molécula se calcula como “la masa de un mol” / “el número de moléculas en un mol”. Por ejemplo, para una molécula de agua m = 0,018/6·1023 = 3·10-26 kg (se puede calcular con mayor precisión: el número de Avogadro se conoce con buena precisión y la masa molar de cualquier molécula es fácil de encontrar).
La estimación del tamaño de una molécula comienza con la pregunta de qué constituye su tamaño. ¡Ojalá fuera un cubo perfectamente pulido! Sin embargo, no es ni un cubo ni una bola y, en general, no tiene límites claramente definidos. ¿Qué hacer en tales casos? Empecemos desde la distancia. Estimemos el tamaño de un objeto mucho más familiar: un escolar. Todos hemos visto escolares, supongamos que la masa de un escolar promedio es de 60 kg (y luego veremos si esta elección tiene un efecto significativo en el resultado), la densidad de un escolar es aproximadamente como la del agua (recuerde eso si respiras profundamente y luego puedes “colgar” en el agua, sumergido casi por completo, y si exhalas, inmediatamente comienzas a ahogarte). Ahora puedes encontrar el volumen de un escolar: V = 60/1000 = 0,06 metros cúbicos. metros. Si ahora asumimos que el estudiante tiene la forma de un cubo, entonces su tamaño se calcula como la raíz cúbica del volumen, es decir aproximadamente 0,4 m, así es como resultó el tamaño: menos que la altura (el tamaño de "altura"), más que el grosor (el tamaño de "profundidad"). Si no sabemos nada sobre la forma del cuerpo de un escolar, entonces no encontraremos nada mejor que esta respuesta (en lugar de un cubo podríamos tomar una pelota, pero la respuesta sería aproximadamente la misma, y calculando el diámetro de una bola es más difícil que la arista de un cubo). Pero si disponemos de información adicional (del análisis de fotografías, por ejemplo), la respuesta puede ser mucho más razonable. Sepa que el “ancho” de un escolar es en promedio cuatro veces menor que su altura, y su “profundidad” es tres veces menor. Entonces Н*Н/4*Н/12 = V, por lo tanto Н = 1,5 m (no tiene sentido hacer un cálculo más preciso de un valor tan mal definido; confiar en las capacidades de una calculadora en tal “cálculo” es ¡Simplemente analfabeto!). Recibimos una estimación bastante razonable de la altura de un escolar; si tomamos una masa de unos 100 kg (¡y hay escolares así!), obtendríamos aproximadamente 1,7 - 1,8 m, lo que también es bastante razonable.
Estimemos ahora el tamaño de una molécula de agua. Encontremos el volumen por molécula en el "agua líquida": en ella las moléculas están más densamente empaquetadas (más juntas unas de otras que en el estado sólido de "hielo"). Un mol de agua tiene una masa de 18 gy un volumen de 18 metros cúbicos. centímetros. Entonces el volumen por molécula es V= 18·10-6/6·1023 = 3·10-29 m3. Si no tenemos información sobre la forma de una molécula de agua (o si no queremos tener en cuenta la forma compleja de las moléculas), la forma más sencilla es considerarlo un cubo y encontrar el tamaño exactamente como acabamos de encontrar el Tamaño de un escolar cúbico: d= (V)1/3 = 3·10-10 m ¡Eso es todo! Puede evaluar la influencia de la forma de moléculas bastante complejas en el resultado del cálculo, por ejemplo, de esta manera: calcule el tamaño de las moléculas de gasolina, contando las moléculas como cubos, y luego realice un experimento observando el área de la mancha de una gota de gasolina en la superficie del agua. Considerando la película como una “superficie líquida de una molécula de espesor” y conociendo la masa de la gota, podemos comparar los tamaños obtenidos por estos dos métodos. ¡El resultado será muy instructivo!
La idea utilizada también es adecuada para un cálculo completamente diferente. Estimemos la distancia promedio entre moléculas vecinas de un gas enrarecido para un caso específico: nitrógeno a una presión de 1 atm y una temperatura de 300 K. Para ello, encontremos el volumen por molécula de este gas, y entonces todo resultará sencillo. Entonces, tomemos un mol de nitrógeno en estas condiciones y encontremos el volumen de la porción indicada en la condición, y luego dividamos este volumen por el número de moléculas: V= R·T/P·NA= 8,3·300/105· 6·1023 = 4·10-26 m3. Supongamos que el volumen está dividido en celdas cúbicas densamente empaquetadas y que cada molécula "en promedio" se encuentra en el centro de su celda. Entonces la distancia promedio entre las moléculas vecinas (más cercanas) es igual al borde de la celda cúbica: d = (V)1/3 = 3·10-9 m Se puede ver que el gas está enrarecido, con tal relación entre el tamaño de la molécula y la distancia entre los “vecinos”, las moléculas mismas ocupan una parte bastante pequeña (aproximadamente 1/1000) del volumen del recipiente. También en este caso realizamos el cálculo de manera muy aproximada: no tiene sentido calcular con mayor precisión cantidades tan poco definidas como "la distancia promedio entre moléculas vecinas".
Leyes de los gases y fundamentos de las TIC.
Si el gas está suficientemente enrarecido (y esto es algo común; la mayoría de las veces tenemos que tratar con gases enrarecidos), entonces casi cualquier cálculo se realiza utilizando una fórmula que conecta la presión P, el volumen V, la cantidad de gas ν y la temperatura T; es la famosa “ecuación de estado de un gas ideal" P·V= ν·R·T. Cómo encontrar una de estas cantidades si se dan todas las demás es bastante simple y comprensible. Pero el problema se puede formular de tal manera que la pregunta sea sobre alguna otra cantidad, por ejemplo, sobre la densidad de un gas. Entonces, la tarea: encontrar la densidad del nitrógeno a una temperatura de 300K y una presión de 0,2 atm. Resolvámoslo. A juzgar por la condición, el gas está bastante enrarecido (el aire, que consta de un 80% de nitrógeno y a una presión significativamente mayor, puede considerarse enrarecido, lo respiramos libremente y lo atravesamos fácilmente), y si no fuera así, no tenemos Cualquier otra fórmula no, usamos esta favorita. La condición no especifica el volumen de ninguna porción de gas; lo especificaremos nosotros mismos. Tomemos 1 metro cúbico de nitrógeno y encontremos la cantidad de gas en este volumen. Conociendo la masa molar del nitrógeno M = 0,028 kg/mol, encontramos la masa de esta porción y el problema está resuelto. Cantidad de gas ν= P·V/R·T, masa m = ν·М = М·P·V/R·T, por lo tanto densidad ρ= m/V = М·P/R·T = 0,028·20000/ ( 8,3·300) ≈ 0,2 kg/m3. El volumen que elegimos no estaba incluido en la respuesta; lo elegimos por especificidad; es más fácil razonar de esta manera, porque no necesariamente te das cuenta de inmediato de que el volumen puede ser cualquier cosa, pero la densidad será la misma. Sin embargo, se puede calcular: “tomando un volumen, digamos, cinco veces mayor, aumentaremos la cantidad de gas exactamente cinco veces, por lo tanto, no importa qué volumen tomemos, la densidad será la misma”. Podrías simplemente reescribir tu fórmula favorita, sustituyendo en ella la expresión para la cantidad de gas a través de la masa de una porción de gas y su masa molar: ν = m/M, entonces la relación m/V = M P/R T se expresa inmediatamente , y esta es la densidad . Fue posible tomar un mol de gas y encontrar el volumen que ocupa, después de lo cual se encuentra inmediatamente la densidad, porque se conoce la masa del mol. En general, que tarea más fácil, las formas más equivalentes y hermosas de resolverlo...
Aquí hay otro problema donde la pregunta puede parecer inesperada: encuentre la diferencia en la presión del aire a una altura de 20 my a una altura de 50 m sobre el nivel del suelo. Temperatura 00C, presión 1 atm. Solución: si encontramos la densidad del aire ρ en estas condiciones, entonces la diferencia de presión ∆P = ρ·g·∆H. La densidad la encontramos de la misma forma que en el problema anterior, la única dificultad es que el aire es una mezcla de gases. Suponiendo que se compone de 80% de nitrógeno y 20% de oxígeno, encontramos la masa de un mol de la mezcla: m = 0,8 · 0,028 + 0,2 · 0,032 ≈ 0,029 kg. El volumen que ocupa este mol es V= R·T/P y la densidad se encuentra como la relación entre estas dos cantidades. Entonces todo está claro, la respuesta será aproximadamente 35 Pa.
La densidad del gas también deberá calcularse al encontrar, por ejemplo, la fuerza de elevación de un globo de un volumen determinado, al calcular la cantidad de aire en los cilindros de buceo necesaria para respirar bajo el agua durante un tiempo determinado, al calcular el número de burros necesarios para transportar una determinada cantidad de vapor de mercurio a través del desierto y en muchos otros casos.
Pero la tarea es más complicada: un hervidor eléctrico hierve ruidosamente sobre la mesa, el consumo de energía es de 1000 W, eficiencia. calentador 75% (el resto “va” al espacio circundante). Un chorro de vapor sale volando del pico: el área del "pico" es de 1 cm2. Calcule la velocidad del gas en este chorro. Tome todos los datos necesarios de las tablas.
Solución. Supongamos que se forma vapor saturado sobre el agua en el hervidor, luego una corriente de vapor de agua saturado sale volando del pico a +1000C. La presión de dicho vapor es de 1 atm, es fácil encontrar su densidad. Conociendo la potencia utilizada para la evaporación Р= 0,75·Р0 = 750 W y el calor específico de vaporización (evaporación) r = 2300 kJ/kg, encontraremos la masa de vapor formada durante el tiempo τ: m= 0,75Р0·τ/r . Conocemos la densidad, entonces es fácil encontrar el volumen de esta cantidad de vapor. El resto ya está claro: imagina este volumen en forma de columna con un área de sección transversal de 1 cm2, la longitud de esta columna dividida por τ nos dará la velocidad de salida (esta longitud despega en un segundo ). Entonces, la velocidad del chorro que sale del pico de la tetera es V = m/(ρ S τ) = 0,75 P0 τ/(r ρ S τ) = 0,75 P0 R T/(r P M ·S) = 750·8,3· 373/(2,3·106·1·105·0,018·1·10-4) ≈ 5 m/s.
(c) Zilberman A.R.
Líquidos, cuerpos amorfos y cristalinos.
gases y liquidos
gases, líquidos y sólidos cristalinos
aproximadamente igual al diámetro de la molécula
menor que el diámetro de la molécula
aproximadamente 10 veces el diámetro de la molécula
depende de la temperatura del gas
liquidos
cuerpos cristalinos
cuerpos amorfos
solo modelos con estructura de gas
sólo modelos de la estructura de cuerpos amorfos.
modelos de la estructura de gases y líquidos
Modelos de la estructura de gases, líquidos y sólidos.
la distancia entre las moléculas aumenta
Las moléculas comienzan a atraerse entre sí.
El orden en la disposición de las moléculas aumenta.
la distancia entre moléculas disminuye
no ha cambiado
aumentó 5 veces
disminuido en 5 veces
aumentado en la raíz de cinco
Las distancias entre moléculas son comparables a los tamaños de las moléculas (en condiciones normales) para
En gases en condiciones normales, la distancia promedio entre moléculas es
El menor orden en la disposición de las partículas es característico de
La distancia entre las partículas de materia vecinas es, en promedio, muchas veces mayor que el tamaño de las propias partículas. Esta afirmación corresponde al modelo
Durante la transición del agua de un estado líquido a un estado cristalino.
A presión constante, la concentración de moléculas de gas aumentó 5 veces, pero su masa no cambió. Energía cinética promedio movimiento hacia adelante moléculas de gas
La tabla muestra los puntos de fusión y ebullición de algunas sustancias:
sustancia | temperatura de ebullición | sustancia | Temperatura de fusión |
naftalina |
Elija la afirmación correcta.
El punto de fusión del mercurio es mayor que el punto de ebullición del éter.
El punto de ebullición del alcohol es menor que el punto de fusión del mercurio.
El punto de ebullición del alcohol es mayor que el punto de fusión del naftaleno.
El punto de ebullición del éter es menor que el punto de fusión del naftaleno.
La temperatura del sólido disminuyó 17 ºС. En la escala de temperatura absoluta, este cambio fue
1) 290 K 2) 256 K 3) 17 K 4) 0 K
9. Un recipiente de volumen constante contiene un gas ideal en una cantidad de 2 moles. ¿Cómo se debe cambiar la temperatura absoluta de un recipiente con gas cuando se libera 1 mol de gas del recipiente de modo que la presión del gas en las paredes del recipiente aumente 2 veces?
1) aumentar 2 veces 3) aumentar 4 veces
2) reducir 2 veces 4) reducir 4 veces
10. A temperatura T y presión p, un mol de un gas ideal ocupa el volumen V. ¿Cuál es el volumen del mismo gas, tomado en una cantidad de 2 moles, a presión 2p y temperatura 2T?
1) 4V 2) 2V 3) V 4) 8V
11. La temperatura del hidrógeno tomado en una cantidad de 3 moles en un recipiente es igual a T. ¿Cuál es la temperatura del oxígeno tomado en una cantidad de 3 moles en un recipiente del mismo volumen y a la misma presión?
1) T 2) 8 T 3) 24 T 4) T/8
12. Hay un gas ideal en un recipiente cerrado con un pistón. En la figura se presenta un gráfico de la dependencia de la presión del gas de la temperatura con los cambios en su estado. ¿Qué estado del gas corresponde al volumen más pequeño?
1) A 2) B 3) C 4) D
13. Un recipiente de volumen constante contiene un gas ideal cuya masa varía. El diagrama muestra el proceso de cambio de estado de un gas. ¿En qué punto del diagrama es mayor la masa de gas?
1) A 2) B 3) C 4) D
14. A la misma temperatura, el vapor saturado en un recipiente cerrado se diferencia del vapor insaturado en el mismo recipiente.
1) presión
2) la velocidad de movimiento de las moléculas
3) la energía promedio del movimiento caótico de moléculas
4) ausencia de gases extraños
15. ¿Qué punto del diagrama corresponde a la presión máxima del gas?
es imposible dar una respuesta exacta
17. Globo con un volumen de 2500 metros cúbicos y una masa de concha de 400 kg, tiene un orificio en la parte inferior a través del cual se calienta el aire de la bola mediante un quemador. ¿A qué temperatura mínima se debe calentar el aire del globo para que éste despegue junto con una carga (cesta y aeronauta) de 200 kg? La temperatura del aire ambiente es de 7ºС, su densidad es de 1,2 kg por metro cúbico. El caparazón de la pelota se considera inextensible.
MCT y termodinámica
MCT y termodinámica
Para esta sección, cada opción incluía cinco tareas con una opción
respuesta, de las cuales 4 son de nivel básico y 1 es de nivel avanzado. Basado en los resultados del examen.
Se aprendieron los siguientes elementos de contenido:
Aplicación de la ecuación de Mendeleev-Clapeyron;
Dependencia de la presión del gas de la concentración de moléculas y la temperatura;
Cantidad de calor durante el calentamiento y enfriamiento (cálculo);
Características de la transferencia de calor;
Humedad relativa del aire (cálculo);
Trabajar en termodinámica (gráfico);
Aplicación de la ecuación de estado de los gases.
Entre las tareas del nivel básico, las siguientes preguntas causaron dificultades:
1) Cambio de energía interna en varios isoprocesos (por ejemplo, con
aumento isocórico de la presión) – 50% de finalización.
2) Gráficos de isoprocesos – 56%.
Ejemplo 5.
La masa constante de un gas ideal está involucrada en el proceso que se muestra.
en la imagen. Se logra la presión de gas más alta en el proceso.
1) en el punto 1
2) a lo largo de todo el segmento 1-2
3) en el punto 3
4) a lo largo de todo el segmento 2-3
Respuesta 1
3) Determinación de la humedad del aire – 50%. Estas tareas contenían una fotografía.
psicrómetro, según el cual era necesario tomar lecturas de seco y húmedo
termómetros y luego determine la humedad del aire usando la parte
tabla psicrométrica dada en la tarea.
4) Aplicación de la primera ley de la termodinámica. Estas tareas resultaron ser las más
difícil entre las tareas de nivel básico para esta sección: 45%. Aquí
fue necesario utilizar el gráfico y determinar el tipo de isoproceso
(se utilizaron isotermas o isocoras) y de acuerdo con este
determinar uno de los parámetros basándose en el otro dado.
Entre las tareas de nivel avanzado se presentaron problemas de cálculo sobre
aplicación de la ecuación de estado del gas, la cual se completó en un promedio de 54%
estudiantes, así como tareas utilizadas previamente para determinar cambios
parámetros de un gas ideal en un proceso arbitrario. Trata con ellos con éxito.
sólo un grupo de buenos graduados y la tasa promedio de finalización fue del 45%.
Una de esas tareas se detalla a continuación.
Ejemplo 6
Un gas ideal está contenido en un recipiente cerrado por un pistón. Proceso
Los cambios en el estado del gas se muestran en el diagrama (ver figura). Cómo
¿Cambió el volumen del gas durante su transición del estado A al estado B?
1) aumentó todo el tiempo
2) disminuyó todo el tiempo
3) primero aumentó, luego disminuyó
4) primero disminuyó, luego aumentó
Respuesta 1
Tipos de actividades Cantidad
tareas %
fotos2 10-12 25.0-30.0
4. FÍSICA
4.1. Características de los materiales de medición de control en física.
2007
Prueba de examen para una sola examen de Estado en 2007 había
la misma estructura que durante los dos años anteriores. Constaba de 40 tareas,
diferenciándose en la forma de presentación y nivel de complejidad. En la primera parte del trabajo.
Se incluyeron 30 tareas de opción múltiple, donde cada tarea estuvo acompañada de
cuatro opciones de respuesta, de las cuales sólo una fue correcta. La segunda parte contenía 4
Tareas de respuesta corta. Eran problemas de cálculo, después de resolver
lo que requería que la respuesta se diera en forma de número. La tercera parte del examen.
trabajo: estos son 6 problemas de cálculo, a los que fue necesario traer un completo
solución detallada. El tiempo total para completar el trabajo fue de 210 minutos.
Codificador de elementos y especificación de contenidos educativos.
papel de examen fueron compilados sobre la base del Mínimo Obligatorio
1999 No. 56) y tuvo en cuenta el componente federal de la norma estatal
educación secundaria (completa) en física, nivel especializado (Orden del Ministerio de Defensa de 5
Marzo de 2004 No. 1089). El codificador del elemento de contenido no ha cambiado según
en comparación con 2006 e incluyó solo aquellos elementos que fueron simultáneamente
presente tanto en el componente federal de la norma estatal
(nivel de perfil, 2004), y en el contenido mínimo obligatorio
educación 1999
En comparación con los materiales de medición de control de 2006 en variantes
En el Examen Estatal Unificado de 2007 se realizaron dos cambios. El primero de ellos fue la redistribución
Asignaciones en la primera parte del trabajo de forma temática. No importa la dificultad
(niveles básicos o avanzados), todas las tareas mecánicas se siguieron primero, luego
en MCT y termodinámica, electrodinámica y, finalmente, física cuántica. Segundo
El cambio se refería a la introducción específica de pruebas de tareas.
formación de habilidades metodológicas. En 2007, las tareas A30 pusieron a prueba las habilidades
analizar los resultados investigación experimental, expresado como
tablas o gráficos, así como construir gráficos basados en los resultados del experimento. Selección
Las asignaciones para la línea A30 se llevaron a cabo en base a la necesidad de verificación en este
una serie de opciones para un tipo de actividad y, en consecuencia, independientemente de
afiliación temática de una tarea específica.
El examen incluía tareas de nivel básico y avanzado.
y altos niveles de dificultad. Las tareas de nivel básico pusieron a prueba el dominio de la mayoría
importantes conceptos y leyes físicas. Se controlaron las tareas de nivel superior.
la capacidad de utilizar estos conceptos y leyes para analizar procesos o procesos más complejos.
la capacidad de resolver problemas que impliquen la aplicación de una o dos leyes (fórmulas) de acuerdo con cualquiera de
Temas del curso de física escolar. Tareas nivel alto las dificultades se calculan
tareas que reflejan el nivel de requisitos para los exámenes de ingreso a las universidades y
requieren la aplicación de conocimientos de dos o tres secciones de la física a la vez en forma modificada o
nueva situación.
El KIM 2007 incluyó tareas sobre todos los contenidos básicos.
secciones del curso de física:
1) “Mecánica” (cinemática, dinámica, estática, leyes de conservación en mecánica,
vibraciones y ondas mecánicas);
2) “Física molecular. Termodinámica";
3) “Electrodinámica” (electrostática, corriente continua, campo magnético,
inducción electromagnética, oscilaciones y ondas electromagnéticas, óptica);
4) " la física cuántica» (elementos de STR, dualidad onda-partícula, física
átomo, física del núcleo atómico).
La Tabla 4.1 muestra la distribución de tareas entre bloques de contenido en cada
de partes de la prueba de examen.
Tabla 4.1
dependiendo del tipo de tareas
Todo el trabajo
(con elección
(con breve
tareas % Cantidad
tareas % Cantidad
tareas %
1 Mecánica 11-131 27,5-32,5 9-10 22,5-25,0 1 2,5 1-2 2,5-5,0
2 MCT y termodinámica 8-10 20,0-25,0 6-7 15,0-17,5 1 2,5 1-2 2,5-5,0
3 Electrodinámica 12-14 30,0-35,5 9-10 22,5-15,0 2 5,0 2-3 5,0-7,5
4 Física cuántica y
STO 6-8 15,0-20,0 5-6 12,5-15,0 – – 1-2 2,5-5,0
La Tabla 4.2 muestra la distribución de tareas entre bloques de contenido en
dependiendo del nivel de dificultad.
Mesa4.2
Distribución de trabajos por secciones del curso de física.
dependiendo del nivel de dificultad
Todo el trabajo
Un nivel básico de
(con elección
Elevado
(con elección de respuesta
y corto
Nivel alto
(con ampliado
sección de respuestas)
tareas % Cantidad
tareas % Cantidad
tareas % Cantidad
tareas %
1 Mecánica 11-13 27,5-32,5 7-8 17,5-20,0 3 7,5 1-2 2,5-5,0
2 MCT y termodinámica 8-10 20,0-25,0 5-6 12,5-15,0 2 5,0 1-2 2,5-5,0
3 Electrodinámica 12-14 30,0-35,5 7-8 17,5-20,0 4 10,0 2-3 5,0-7,5
4 Física cuántica y
STO 6-8 15,0-20,0 4-5 10,0-12,5 1 2,5 1-2 2,5-5,0
Al desarrollar el contenido de la prueba de examen, tuvimos en cuenta
la necesidad de poner a prueba el dominio de diversos tipos de actividades. Donde
Las tareas para cada una de la serie de opciones se seleccionaron teniendo en cuenta la distribución por tipo.
actividades presentadas en la tabla 4.3.
1 El cambio en el número de tareas para cada tema se debe a los diferentes temas de las tareas complejas C6 y
tareas A30, probando habilidades metodológicas basadas en material de diversas ramas de la física, en
varias series de opciones.
Mesa4.3
Distribución de tareas por tipo de actividad
Tipos de actividades Cantidad
tareas %
1 entender significado fisico modelos, conceptos, cantidades 4-5 10,0-12,5
2 Explicar fenomeno fisico, distinguir la influencia de diferentes
factores sobre la ocurrencia de fenómenos, manifestaciones de fenómenos en la naturaleza o
su uso en dispositivos técnicos y en la vida cotidiana
3 Aplicar las leyes de la física (fórmulas) para analizar procesos en
nivel de calidad 6-8 15.0-20.0
4 Aplicar las leyes de la física (fórmulas) para analizar procesos en
nivel calculado 10-12 25.0-30.0
5 Analizar los resultados de estudios experimentales 1-2 2,5-5,0
6 Analizar información obtenida de gráficos, tablas, diagramas,
fotos2 10-12 25.0-30.0
7 Resolver problemas de varios niveles de complejidad 13-14 32,5-35,0
Todas las tareas de la primera y segunda parte del trabajo de examen se evaluaron en 1
puntuación primaria. Las soluciones a los problemas de la tercera parte (C1-C6) fueron revisadas por dos expertos en
de acuerdo con criterios generales de evaluación, teniendo en cuenta la corrección y
integridad de la respuesta. La puntuación máxima para todas las tareas con respuesta detallada fue 3
puntos. El problema se consideró resuelto si el alumno obtuvo al menos 2 puntos por él.
Basado en los puntos otorgados por completar todas las tareas del examen.
trabajo, se tradujo en puntos de “prueba” en una escala de 100 puntos y en calificaciones
en una escala de cinco puntos. El cuadro 4.4 muestra las relaciones entre primaria,
puntuaciones de exámenes utilizando un sistema de cinco puntos durante los últimos tres años.
Mesa4.4
Proporción de puntuación primaria, puntuaciones de exámenes y calificaciones escolares
Años, puntos 2 3 4 5
2007 primaria 0-11 12-22 23-35 36-52
prueba 0-32 33-51 52-68 69-100
2006 primaria 0-9 10-19 20-33 34-52
prueba 0-34 35-51 52-69 70-100
2005 primaria 0-10 11-20 21-35 36-52
prueba 0-33 34-50 51-67 68-100
Una comparación de los límites de las puntuaciones de primaria muestra que este año las condiciones
obtener las calificaciones correspondientes fueron más estrictos en comparación con 2006, pero
aproximadamente correspondía a las condiciones en 2005. Esto se debió al hecho de que en el pasado
año examen unificado La física fue estudiada no solo por aquellos que planeaban ingresar a las universidades.
en el perfil relevante, pero también casi el 20% de los estudiantes (de numero total examinados),
quien estudió física en nivel básico(para ellos este examen fue decidido
región obligatoria).
En total, en 2007 se prepararon 40 opciones para el examen,
que eran cinco series de 8 opciones, creadas según diferentes planes.
La serie de opciones difería en elementos y tipos de contenido controlado.
actividades para la misma línea de tareas, pero en general todas tenían aproximadamente
2 En este caso nos referimos a la forma de información presentada en el texto de la tarea o distractores,
por lo tanto, una misma tarea puede probar dos tipos de actividades.
mismo nivel promedio complejidad y correspondió al plan de examen
trabajo que figura en el Apéndice 4.1.
4.2. Características de los participantes del Examen Estatal Unificado de Física2007 del año
El número de participantes en el Examen Estatal Unificado de Física de este año fue de 70.052 personas, lo que
significativamente más bajo que el año anterior y aproximadamente en línea con los indicadores
2005 (véase el cuadro 4.5). Número de regiones en las que los graduados realizaron el Examen Estatal Unificado
física, aumentó a 65. El número de graduados que eligieron física en el formato
El Examen Estatal Unificado difiere significativamente para las diferentes regiones: de 5316 personas. en la republica
Tartaristán hasta 51 personas. en Nénets Distrito autónomo. Como porcentaje de
Respecto al número total de graduados, el número de participantes en el Examen Estatal Unificado de Física oscila entre
del 0,34% en Moscú al 19,1% en la región de Samara.
Mesa4.5
Número de participantes en el examen
Año Número Niñas Niños
regiones
participantes Número % Número %
2005 54 68 916 18 006 26,1 50 910 73,9
2006 61 90 3893 29 266 32,4 61 123 67,6
2007 65 70 052 17 076 24,4 52 976 75,6
El examen de física es elegido predominantemente por hombres jóvenes, y sólo una cuarta parte de los
del total de participantes son chicas que han elegido continuar
universidades de educación con perfil físico y técnico.
La distribución de los participantes en los exámenes por categoría se mantiene prácticamente sin cambios de un año a otro.
tipos de asentamientos (ver tabla 4.6). Casi la mitad de los graduados que tomaron
Examen Estatal Unificado de Física, vive en ciudades importantes y sólo el 20% son estudiantes que han completado
escuelas rurales.
Mesa4.6
Distribución de participantes en el examen por tipo de liquidación, en el cual
sus instituciones educativas están ubicadas
Número de examinados Porcentaje
Tipo asentamiento examinados
Asentamiento rural (pueblo,
pueblo, caserío, etc.) 13.767 18.107 14.281 20,0 20,0 20,4
Asentamiento urbano
(pueblo trabajador, pueblo urbano
tipo, etc)
4 780 8 325 4 805 6,9 9,2 6,9
Ciudad con población inferior a 50 mil personas 7.427 10.810 7.965 10,8 12,0 11,4
Ciudad con una población de 50 a 100 mil habitantes 6.063 8.757 7.088 8,8 9,7 10,1
Ciudad con una población de 100 a 450 mil habitantes 16.195 17.673 14.630 23,5 19,5 20,9
Ciudad con una población de 450-680 mil habitantes 7.679 11.799 7.210 11,1 13,1 10,3
Una ciudad con una población de más de 680 mil.
personas 13.005 14.283 13.807 18,9 15,8 19,7
San Petersburgo – 72 7 – 0,1 0,01
Moscú – 224 259 – 0,2 0,3
Sin datos – 339 – – 0,4 –
Totales 68.916 90.389 70.052 100% 100% 100%
3 En 2006 en una de las regiones exámenes de admisión Los estudios de física en las universidades se llevaron a cabo sólo en
Formato del examen del estado unificado. Esto resultó en un aumento tan significativo en el número de participantes en el Examen Estatal Unificado.
La composición de los participantes en los exámenes por tipo de educación se mantiene prácticamente sin cambios.
instituciones (ver cuadro 4.7). Como el año pasado, la gran mayoría
los examinados terminaron Instituciones educacionales, y sólo alrededor del 2%
Los graduados llegaron al examen de instituciones educativas de primaria o
promedio educación vocacional.
Mesa4.7
Distribución de participantes en exámenes por tipo de institución educativa.
Número
examinados
Por ciento
Tipo institución educativa examinados
2006 GRAMO. 2007 GRAMO. 2006 GRAMO. 2007 GRAMO.
Instituciones de educación general 86.331 66.849 95,5 95,4
Educación general nocturna (turno)
instituciones 487 369 0,5 0,5
Internado de educación general,
escuela de cadetes, internado con
entrenamiento de vuelo inicial
1 144 1 369 1,3 2,0
Instituciones educativas de primaria y
educación secundaria profesional 1.469 1.333 1,7 1,9
Sin datos 958 132 1,0 0,2
Total: 90.389 70.052 100% 100%
4.3. Los principales resultados del examen de física.
En general, los resultados del trabajo de examen en 2007 fueron
ligeramente superior a los resultados del año pasado, pero aproximadamente al mismo nivel que
Cifras del año anterior al pasado. La Tabla 4.8 muestra los resultados del Examen Estatal Unificado de Física en 2007.
en una escala de cinco puntos, y en la Tabla 4.9 y la Fig. 4.1 – basado en puntuaciones de pruebas de 100-
escala de puntos. Para mayor claridad de comparación, los resultados se presentan en comparación con
los dos años anteriores.
Mesa4.8
Distribución de participantes en el examen por nivel
preparación(porcentaje del total)
Años “2” Marca “p3o” 5 puntos “b4n” en la escala “5”
2005 10,5% 40,7% 38,1% 10,7%
2006 16,0% 41,4% 31,1% 11,5%
2007 12,3% 43,2% 32,5% 12,0%
Mesa4.9
Distribución de participantes en el examen.
basado en los puntajes de las pruebas obtenidas en2005-2007 yy.
Año Intervalo de escala de puntuación de la prueba
intercambio 0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100
2005 0,09% 0,57% 6,69% 19,62% 24,27% 24,44% 16,45% 6,34% 1,03% 0,50% 68 916
2006 0,10% 0,19% 6,91% 23,65% 23,28% 19,98% 15,74% 7,21% 2,26% 0,68% 90 389
2007 0,07% 1,09% 7,80% 19,13% 27,44% 20,60% 14,82% 6,76% 1,74% 0,55% 70 052
0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100
Resultado de la prueba
Porcentaje de estudiantes que recibieron
puntuación de la prueba correspondiente
Arroz. 4.1 Distribución de los participantes en los exámenes según las puntuaciones recibidas
La Tabla 4.10 muestra una comparación de la escala en puntos de prueba sobre 100.
escalar con los resultados de completar tareas versión del examen en primaria
Mesa4.10
Comparación de intervalos de puntajes primarios y de exámenes en2007 año
Intervalo de escala
puntos de prueba 0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100
Intervalo de escala
puntos primarios 0-3 4-6 7-10 11-15 16-22 23-29 30-37 38-44 45-48 49-52
Para recibir 35 puntos (puntuación 3, puntuación primaria – 13) el examinado
Fue suficiente responder correctamente a las 13 preguntas más sencillas de la primera parte.
trabajar. Para obtener 65 puntos (puntuación 4, puntuación inicial – 34), un graduado debe
fue, por ejemplo, responder correctamente 25 preguntas de opción múltiple, resolver tres de cuatro
problemas con una respuesta corta y también afrontar dos problemas de alto nivel
dificultades. Aquellos que recibieron 85 puntos (puntuación 5, puntuación primaria – 46)
Realizó perfectamente la primera y segunda parte del trabajo y resolvió al menos cuatro problemas.
tercera parte.
Lo mejor de lo mejor (rango de 91 a 100 puntos) no sólo necesita
navegar libremente por todos los temas del curso de física escolar, pero también prácticamente
Evite incluso errores técnicos. Entonces, para obtener 94 puntos (puntuación primaria
– 49) fue posible “no obtener” sólo 3 puntos primarios, permitiendo, por ejemplo,
Errores aritméticos al resolver uno de los problemas de alto nivel de complejidad.
y cometer un error al responder dos preguntas de opción múltiple.
Desafortunadamente, este año no hubo un aumento en el número de graduados que obtuvieron
Por Resultados del examen estatal unificado en física la puntuación más alta posible. En la tabla 4.11
Se proporciona el número de 100 puntos en los últimos cuatro años.
Mesa4.11
Número de examinados, quién anotó según los resultados del examen100 puntos
Año 2004 2005 2006 2007
Número de estudiantes 6 23 33 28
Los líderes de este año son 27 niños y solo una niña (Romanova A.I. de
Escuela secundaria n.º 1 de Novovoronezh). Como el año pasado, entre los graduados del Liceo No. 153
Ufa: dos estudiantes a la vez que obtuvieron 100 puntos. Los mismos resultados (dos 100-
Gimnasio No. 4 que lleva el nombre COMO. Pushkin en Yoshkar-Olá.
Consideremos cómo cambia la proyección de la fuerza de interacción resultante entre ellos sobre la línea recta que conecta los centros de las moléculas dependiendo de la distancia entre las moléculas. Si las moléculas están ubicadas a distancias varias veces mayores que sus tamaños, entonces las fuerzas de interacción entre ellas prácticamente no tienen efecto. Las fuerzas de interacción entre moléculas son de corto alcance.
A distancias superiores a 2-3 diámetros moleculares, la fuerza repulsiva es prácticamente nula. Sólo se nota la fuerza de atracción. A medida que la distancia disminuye, la fuerza de atracción aumenta y al mismo tiempo comienza a afectar la fuerza de repulsión. Esta fuerza aumenta muy rápidamente cuando las capas electrónicas de las moléculas comienzan a superponerse.
La Figura 2.10 muestra gráficamente la dependencia de la proyección. F r las fuerzas de interacción de las moléculas en la distancia entre sus centros. A distancia r 0, aproximadamente igual a la suma de los radios moleculares, F r = 0 , ya que la fuerza de atracción es igual en magnitud a la fuerza de repulsión. En r > r 0 existe una fuerza de atracción entre las moléculas. La proyección de la fuerza que actúa sobre la molécula derecha es negativa. En r < r 0 hay una fuerza repulsiva con un valor de proyección positivo F r .
Origen de las fuerzas elásticas.
La dependencia de las fuerzas de interacción entre moléculas de la distancia entre ellas explica la aparición de fuerzas elásticas durante la compresión y el estiramiento de los cuerpos. Si se intenta acercar las moléculas a una distancia menor que r0, entonces comienza a actuar una fuerza que impide el acercamiento. Por el contrario, cuando las moléculas se alejan unas de otras, actúa una fuerza de atracción que las devuelve a sus posiciones originales tras el cese de la influencia externa.
Con un pequeño desplazamiento de moléculas desde posiciones de equilibrio, las fuerzas de atracción o repulsión aumentan linealmente al aumentar el desplazamiento. En un área pequeña, la curva puede considerarse un segmento recto (la sección engrosada de la curva en la figura 2.10). Por eso, para deformaciones pequeñas, resulta válida la ley de Hooke, según la cual la fuerza elástica es proporcional a la deformación. En caso de grandes desplazamientos moleculares, la ley de Hooke ya no es válida.
Dado que las distancias entre todas las moléculas cambian cuando un cuerpo se deforma, las capas de moléculas vecinas representan una parte insignificante de la deformación total. Por tanto, la ley de Hooke se cumple en deformaciones millones de veces mayores que el tamaño de las moléculas.
microscopio de fuerza atómica
El dispositivo de un microscopio de fuerza atómica (AFM) se basa en la acción de fuerzas repulsivas entre átomos y moléculas a distancias cortas. Este microscopio, a diferencia de un microscopio de túnel, le permite obtener imágenes de no conductores. electricidad superficies. En lugar de una punta de tungsteno, el AFM utiliza un pequeño fragmento de diamante, afilado hasta alcanzar un tamaño atómico. Este fragmento está fijado sobre un fino soporte de metal. A medida que la punta se acerca a la superficie en estudio, las nubes de electrones del diamante y los átomos de la superficie comienzan a superponerse y surgen fuerzas repulsivas. Estas fuerzas desvían la punta de la punta del diamante. La desviación se registra mediante un rayo láser reflejado en un espejo montado en un soporte. El haz reflejado acciona un manipulador piezoeléctrico, similar al manipulador de un microscopio de túnel. El mecanismo de retroalimentación garantiza que la altura de la aguja de diamante sobre la superficie sea tal que la curvatura de la placa de soporte permanezca sin cambios.
En la Figura 2.11 se ve una imagen AFM de las cadenas poliméricas del aminoácido alanina. Cada tubérculo representa una molécula de aminoácido.
En la actualidad se han construido microscopios atómicos, cuyo diseño se basa en la acción de fuerzas de atracción moleculares a distancias varias veces mayores que el tamaño de un átomo. Estas fuerzas son aproximadamente 1000 veces menores que las fuerzas repulsivas en AFM. Por lo tanto, se utiliza un sistema de detección más complejo para registrar las fuerzas.
Los átomos y las moléculas están formados por partículas cargadas eléctricamente. Debido a la acción de fuerzas eléctricas en distancias cortas, las moléculas se sienten atraídas, pero comienzan a repelerse cuando las capas electrónicas de los átomos se superponen.
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