§1 Вещество в макромире. Свойства вещества

В макромире вещество представляется человеку через вещественные образования, которые в физике называют физическими телами. Вещество в зависимости от внешних условий может находиться в одном из трех состояний: твердом, жидком и газообразном. В качестве параметров внешних условий существования вещества рассматриваются температура Т (вещества и окружающей среды) и давление р окружающей среды.

В каждом из этих состояний вещество обладает определенными механическими, тепловыми, электрическими и оптическими свойствами, характеризующимися физическими величинами:

• твердое (сохранение формы и объема-объем(V),молярный объем -(V_m), инертность-масса(m), молярная масса (μ), момент инерции(I), распределение вещества в пространстве- плотность массы (ρ), распределение вещества вдоль выбранного направления в пространстве- линейная плотность(ρ_l), распределение вещества по поверхности - поверхностная плотность(ρ_s),упругость- модуль Юнга (Е), тепловое расширение- температурный коэффициент линейного расширения(α_l), теплообмен с окружающими телами-удельная теплоемкость(с), молярная теплоемкость вещества(с_μ), передача тепловой (внутренней) энергии- теплопроводность вещества(λ), противодействие перемещению в веществе “свободных’ заряженных частиц- удельное электрическое сопротивление(ρ), удельная электрическая проводимость(γ), влияние вещества на внешнее электрическое поле- диэлектрическая проницаемость вещества(ε), влияние вещества на внешнее магнитное поле- магнитная проницаемость вещества(μ),излучение веществом энергии- энергетическая светимость (М_е), яркость(L_e), влияние вещества на световое излучение- показатель преломления (n), особенность строения- молярная внутренняя энергия);

• жидкое (сохранение объема-объем(V),молярный объем -(V_m), инертность-масса(m), молярная масса (μ), распределение вещества в пространстве- плотность массы (ρ), тепловое расширение- температурный- коэффициент объемного расширения(α_v), теплообмен с окружающими телами- удельная теплоемкость(с), молярная теплоемкость вещества(с_μ),передача тепловой (внутренней) энергии- теплопроводность вещества(λ), поверхностное натяжение- коэффициент поверхностного натяжения(σ), различие скорости разных слоев жидкости при ламинарном ее движении - динамическая вязкость среды (η),кинематическая вязкость(υ), противодействие перемещению в веществе “свободных’ заряженных частиц- удельное электрическое сопротивление(ρ), удельная электрическая проводимость(γ), влияние вещества на внешнее электрическое поле- диэлектрическая проницаемость вещества(ε), влияние вещества на внешнее магнитное поле- магнитная проницаемость вещества(μ), влияние на световое излучение- показатель преломления (n),показатель поглощения света, особенность строения- молярная внутренняя энергия(U_m));

• газовое (инертность-масса(m), молярная масса (μ), распределение вещества в пространстве- плотность массы (ρ), теплообмен с окружающими телами- удельная теплоемкость при постоянном давлении(с_p), удельная теплоемкость при постоянном объеме(с_V), молярная теплоемкость при постоянном давлении(с_μp), молярная теплоемкость при постоянном объеме(с_μV), передача тепловой (внутренней) энергии- теплопроводность вещества(λ), различие скорости разных слоев газа при ламинарном его движении - динамическая вязкость среды (η), кинематическая вязкость(υ), противодействие перемещению в веществе “свободных’ заряженных частиц- удельное электрическое сопротивление(ρ), удельная электрическая проводимость(γ), влияние на световое излучение- показатель преломления (n), показатель поглощения света, особенность строения- молярная внутренняя энергия(U_m)).

Описанные свойства можно представить в виде таблицы:

Группа свойств	Свойство	Состояние вещества	Содержание свойства	Физическая величина
Механические	Сохранение формы	Твердое	Неизменность линейных размеров физических тел	а, b, c
	Сохранение объема	Твердое, жидкое	Неизменность занимаемой части пространства	V, Vμ
	Распределение вещества в пространстве	Твердое, жидкое, газообразное	Распределение вещества в пространстве	Плотность ()
	Инертность	Твердое, жидкое, газообразное	Противодействие измене- нию скорости физического тела при поступательном и вращательном движении	Масса, момент инерции (m, I)
	Упругость	Твердое	Восстановление формы по окончанию взаимодействия	Модуль Юнга (Е)
	Прочность	Твердое	Противодействие разрушению	Предел проч- ности ()
	Пластичность	Твердое	Сохранение части деформа - ции при снятии действия
	Твердость	Твердое	Противодействие вдавлива- нию в поверхность других тел (конуса, шара)	Число твердости
Тепловые	Тепловое расширение	Твердое, жидкое	Изменение линейных разме- ров и объема тела при изменении температуры	Темпер. коэфф. лин. и объемн. расширения (α, β)
	Теплопровод- ность	Твердое, жидкое, газообразное	Молекулярный перенос движения (энергии)	Коэффициент теплопровод-ности (λ)
	Поглощение и отдача тепловой энергии	Твердое, жидкое, газообразное	Изменение внутренней энергии тел при тепло- обмене с другими телами	Теплоемкость (С), удельная, молярная (сμ,с)
	Изменять фазовое состояние	Твердое, жидкое, газообразное	Изменение фазового состо- яния при изменении темпе- ратуры (Т) и давления (р)	Удельная теп- лота плавле-ния (λ) и испарения (L)
	Дискретное строение	Твердое, жидкое, газообразное	Наличие наименьших час- тиц, сохраняющих хим. свойств в-ва и хим. элемент	Молярная внутренняя энергия (Um)
	Диффузия	Твердое, жидкое, газообразное	Самопроизвольное проникновение веществ	Коэффициент диффузии (D)
	Вязкость	Жидкое, газообразное	Возникновение внутреннего трения	Коэф. внутр. трения (η)
	Поверхностное натяжения	Жидкое	Увеличение потенциальной энергии поверхност. слоя	Коэф. поверхн. натяжения (σ)
	Смачивание	Жидкое	Искривление поверхности жидкости при соприкосно- вении с твердыми телами	Краевой угол (θ)
Электрические	Электропровод- ность	Твердое, жидкое, газообразное	Свойство «проводить» под действием электрического поля заряженные частицы	Удельн. электр. сопротивл.(ρ), проводим. (γ)
	Диэлектрические свойства	Твердое, жидкое, газообразное	Свойства, связанные с поляризацией	Диэлектр.про-ницаем.(ε), от- носит.диэлектр восприим.(χ)
	Диэлектрическая изотропность	Твердое, жидкое	Независимость диэлектри- ческих свойств от выбр. напр.
	Электроемкость	Твердое	Накопление электрического заряда уединенным провод ником и их системами	Электроем- кость (С)
Магнитные	Намагничивание	Твердое	Изменение веществом внешнего магнитного поля	Магнитн.про- ниц.(μ), магн. воспр.(χ)
	Магнитная изотропность	Твердое	Независимость магнитн. свойств от выбр. напр.
Оптические	Поглощение света	Твердое, жидкое, газообразное	Уменьшение силы света в веществе	Коэффициент поглощения (α)
	Рассеяние света	Жидкое, газообразное	Уменьшение силы света в веществе	Коэффициент рассеяния(α1)
	Испускание света	Твердое, жидкое, газообразное	Излучение видимых электромагнитных волн	Энергет.свети-мость (Ме), энергетическая яркость (Le)
	Отражение	Твердое, жидкое	Изменение направления распространения света при достижении поверхности тела	Коэффициент отражения (ρ)
	Преломление	Твердое, жидкое	Изменение направления распространения света при переходе из одной среды в другую	Показатель преломления (n)
	Дисперсия	Твердое, жидкое	Зависимость показателя преломления вещества от частоты света
	Поляризация	Твердое, жидкое	Выделение определенной ориентации векторов световой волны	Удельное вращение вещества (α)

К четвертому (особому) состоянию вещества в физике относят его плазменное состояние. Плазма- это наиболее распространенное состояние вещества в природе, естественное состояние вещества при очень высокой температуре. Солнце и звезды можно рассматривать как гигантские сгустки горячей плазмы. Внешняя поверхность земной атмосферы покрыта плазменной оболочкой- ионосферой. За пределами ионосферы в околоземном пространстве находятся так называемые радиационные пояса, которые представляют собой своеобразные плазменные образования.

Вопросы для самоконтроля:

1.В каких состояниях может находиться вещество?

2. Какими механическими свойствами обладает вещество в твердом состоянии?

3. Какими тепловыми свойствами обладает вещество в твердом состоянии?

4. Какими электрическими свойствами обладает вещество в твердом состоянии?

5. Какими оптическими свойствами обладает вещество в твердом состоянии?

6. Какими механическими свойствами обладает вещество в жидком состоянии?

7. Какими тепловыми свойствами обладает вещество в жидком состоянии?

8. Какими электрическими свойствами обладает вещество в жидком состоянии?

9. Какими оптическими свойствами обладает вещество в жидком состоянии?

10. Какими свойствами обладает вещество в газообразном состоянии?