Состояния вещества

Как было установлено еще в Х1Х веке, все вещества состоят из молекул. Молекулы находятся в непрерывном движении. Агрегатное состояние вещества определяется соотношением между потенциальной энергией притяжения молекул и средней кинетической энергией их теплового движения, которая пропорциональна абсолютной температуре Т.

Газообразное состояние вещества определяется тем, что

кинетическая энергия теплового движения молекул существенно выше потенциальной энергии притяжения молекул. Газ не имеет структуры, легко сжимается, поскольку расстояния между молекулами значительно больше их размеров, занимает весь объем сосуда, в который помещен; столкновения вежду молекулами идеально упругие. Для газообразного состояния характерна максимальная энтропия.

В жидком состоянии потенциальная энергия притяжения молекул немного больше их кинетической тепловой энергии. Жидкости трудно сжимаются и принимают форму сосуда, в котором находятся. Слои молекул сдвигаются относительно друг друга, что обуславливает текучесть жидкостей. Для них характерна изотропия свойств, т.е. одинаковость во всех направлениях.

В твердом состоянии потенциальная энергия связи атомов в молекулах существенно выше кинетической энергии теплового движения. Атомы (или молекулы) в твердом веществе фиксированы и подвержены только колебаниям около положения равновесия. Для твердых кристаллических веществ характерна периодически повторяющаяся структура – кристаллическая решетка. Кристаллы – это вершина упорядоченности (в неживой природе), энтропия в них минимальна. Переходы вещества из одного состояния в другое называются фазовыми переходами.

Очевидно, что состояние вещества и условия фазового перехода зависят от соотношения температуры и давления. В земных условиях вода может находиться в трех фазовых состояниях: твердом (лед), жидком и газообразном (пар).

Плазма – это состояние ионизированного газа, в котором концентрации положительных и отрицательных зарядов равны. В состоянии плазмы находится подавляющая часть вещества Вселенной: звезды, галактики, межгалактическое пространство. Около Земли плазма существует в виде солнечного ветра, магнитосферы и ионосферы. Высокотемпературная плазма (миллионы К) из смеси дейтерия и трития используется при исследовании термоядерного синтеза. Низкотемпературная плазма применяется в различных газоразрядных приборах (например, плазма при комнатной температуре осуществляется в лампах дневного света).

Таким образом, классическая термодинамика, описывающая

изолированные равновесные системы, была завершена к концу Х1Х века, а в середине ХХ века родилась новая наука – синергетика, описывающая открытые неравновесные системы.