Конденсований стан речовини

Квантові явища в твердих тілах.

Сучасна фізична картина світу.

Роль українських вчених у розвитку фізики

Теоретичне ядро

Конденсований стан речовини

Речовина може перебувати в газоподібному, рідкому або твердому стані. Фазовий перехід газ – рідина, газ – тверде тіло називають конденсацією. Тому рідкий і твердий стани речовини називають її конденсованим станом.

Властивості речовини в газовій фазі істотно відрізняються від властивостей речовини в конденсованому стані.

Основна причина відмінності властивостей – це різні відстані між молекулами в газі, у рідині та у твердому тілі.

Ця відстань пропорційна до кореня кубічного з густини.

Розглянемо звичайну воду. Густина фаз у потрійній точці така:

газ – ;

рідина – ;

тверде тіло (лід) – .

Отже, відстані між молекулами газу приблизно в 20 разів більші, ніж відстані між молекулами рідини чи твердого тіла. Згадаймо, що сили взаємодії між молекулами зменшуються зі зростанням відстані r між ними. Так, сили притяган­ня зменшуються обернено пропорційно до сьомої степені зазначеної відстані:

.

Тому сили взаємодії між молекулами газу дуже малі порівняно із силами в конденсованому стані.

Молекули газу практично вільні. Кожна молекула може незалежно від інших молекул виконувати поступальний, обертальний і коливальний рухи. Інакше кажучи, молекули газу мають по­ступальні, обертальні та коливальні ступені вільності.

У конденсованому стані між молекулами діють величезні сили, і вони обмежують вільність руху. Молекули практично не можуть ні обертатися, ні рухатися поступально. Відстані між ними можуть змінюватися дуже мало. Молекули можуть виконувати лише коливання навколо деяких положень рівноваги, тобто в молекул конденсованої фази є тільки коливальні ступені вільності. Великі сили взаємодії приводять до того, що на відміну від газу речовина в конденсованому стані зберігає свій об'єм. Малі відстані між молекулами конденсованої фази і великі сили взаємодії неминуче приводять до того, що молекули в просторі розміщені впорядковано. Ідеальний порядок спостерігається в ідеальному кристалі. Говорять, що там існує далекий порядок. Це означає, що коли ми рухатимемося від деякого структурного елемента у певному напрямі, то через однакові відстані неодмінно виявлятимемо ті ж самі структурні елементи. Такий стан і називають далеким порядком.

Молекули в рідинах уже мають деяку змогу зсуватися одна відносно одної, тому певний порядок існує тільки в розміщенні найближчих сусідів. Такий стан називають близьким порядком. Нагадаємо, що в газі молекули рухаються цілком хаотично. На відміну від суто індивідуального поводження молекул газу в кон­денсованому стані спостерігаються елементи колективного поводження молекул.

Зазначені особливості конденсованого стану вкрай ускладнюють вивчення твердих тіл і рідин. Проте головні труднощі зумовлюються тим, що атоми й молекули підпорядковані квантовим за­кономірностям. З огляду на це, нам доведеться не тільки замислитися над формулюванням і розв'язуванням відповідних задач з великим числом структурних елементів, а й розглянути зовсім нові квантові статистичні розподіли.

Поиск по сайту: