Материя. Строение материи и ее структурные единицы
Такая идея, однако, лишь порождает дополнительные вопросы. Бессмысленно говорить об элементарных частицах без надлежащего фундамента, а понятие материи в принципе трудно объяснить строгим образом. Поэтому на данном этапе введения в физику важнее развить интуитивное понимание того, что такое материя.
Таким образом, материя может быть представлена различными физическими телами - объектами, обладающими перечнем некоторых объективно измеряемых свойств. Например, стул, стол, стены, воздух, солнце и т.д.
Люди с древних времен имели представление о строении большинства окружающих нас вещей. Например, в Древней Греции существовала идея о существовании мельчайших неделимых частиц, из которых состоит все вокруг. Только в 18 и 19 веках эта идея стала научным фактом.
Частицы, из которых состоит все вокруг вас
Тот факт, что материя состоит из более мелких частиц, был доказан законами сохранения массы (1789, Антуан Лоран Лавуазье), постоянства состава (1799, Жозеф Луи Пруст) и законом множественности (1803, Джон Дальтон). Эти законы были открыты независимо друг от друга при изучении химических реакций. Такие эксперименты подтвердили дискретную структуру материи и указали на существование структурных единиц.
Окончательное подтверждение гипотезы было сформулировано в работах Авогадро, которые были посвящены изучению давления газов и жидкостей. Появление этой теории ознаменовало собой значительный прогресс в объяснении широкого спектра свойств материи.
Крошечные частицы, из которых состоят различные тела, были названы молекулами. Доказательства молекулярной структуры тел многочисленны. От простых экспериментов с использованием кухонной утвари до очень точных современных измерений. Вы можете прочитать об этом подробнее.
Существует множество видов молекул
Однако знание о том, что молекулы существуют в виде небольших структурных единиц, не разрешило многих вопросов о материи. Почему, например, одни вещества хрупкие и твердые, а другие гибкие и мягкие? Исследования структуры веществ продолжались, и было установлено, что молекулы могут быть разными. Это означает, что различные вещества состоят из различных молекул.
Следующим шагом в развитии информации о материи стало открытие атомов как новых малых частиц. Например, железо имеет один тип атомов, плотно "упакованных" в решетку, в то время как резина представляет собой комбинацию большого количества атомов, но не столь плотно "упакованных". Это может качественно объяснить твердость и прочность железа и гибкость и мягкость резины.
Но это еще не конец "матрешки". Атом состоит из ядра и электронов, а ядро из протонов и нейтронов. Ни протоны, ни нейтроны, ни электроны не являются неделимыми, но нельзя говорить об этой области без соответствующего фундамента.
Структурные единицы материи
Полезно представить себе следующую иерархию структурных единиц материи: вещество - молекулы - атомы. С их помощью мы можем описать большинство интересующих нас свойств материи. Какие объекты нас интересуют? Мы поговорим о свойствах, распространенных и полезных в повседневной жизни: мягкость/твердость, упругость/хрупкость, а также о различиях между водой, льдом и паром. Но сначала о главном.
Вещества с различными механическими свойствами также имеют различную внутреннюю структуру. Давайте вернемся к понятиям молекул и атомов. Возьмите физическое тело, например, песок, который представляет собой огромное количество крошечных песчинок, расположенных друг за другом. Легко заметить, что песок можно легко разложить на отдельные части, вплоть до отдельных песчинок. А каждая песчинка - это полноценное физическое тело, которое слабо взаимодействует с окружающими телами. Но если в емкость с песком добавить воды, картина резко меняется. Вместо кучи частиц, отделенных друг от друга, вы получаете вещество, из которого практически невозможно выделить песчинку. Все дело во взаимодействии, которое практически отсутствовало между песчинками без воды, но появилось с водой. Наличие взаимодействий между молекулами и атомами также является важным наблюдением, поскольку влияет на свойства веществ. Таким образом, добавление различных типов взаимодействий между частицами в структурных единицах приводит к появлению различных веществ с различными свойствами.
Комментарии читателей Оставить комментарий