Model částic

Model částic je jedním z nejjednodušších modelů na strukturu hmoty . Na rozdíl od modelu kontinua je založen na základním předpokladu, že rozšířená těla se skládají z mnoha jednotlivých částic , které pouze svou interakcí vytvářejí vlastnosti, které se zobrazují v makroskopických stavech a procesech. Tento předpoklad, že doména se skládá z nejmenších, základních, nedělitelných nebo redukovatelných prvků, se nazývá atomismus . Atomy byly identifikovány jako (téměř) neměnné částice tohoto typu . I při malých makroskopických tělesech jejich počet snadno překročí řád 23místného čísla, tj. Asi jednoho molu (přibližně 6 · 10 23 ).

V kontextu částicového modelu je možné jednoduchým způsobem popsat, jak se z atomů tvoří pevné, kapalné a plynné látky, jaké různé mechanické vlastnosti mají tyto agregované stavy a jak se transformují jeden do druhého. Stručný přehled je uveden níže. Pro samotné atomy zase existují další částicové modely , jak je uvedeno v seznamu atomových modelů , ve kterých jsou jejich vlastnosti vysvětleny jejich strukturou z ještě menších částic, nakonec elementárních částic .

Vysvětlení pomocí částicového modelu

Částicový model krystalické pevné látky

Částicový model předpokládá, že částice čisté látky jsou všechny navzájem identické. Liší se však od částic jiných látek, například velikostí, tvarem nebo hmotností . O vnitřní struktuře částic není učiněno žádné prohlášení.

V nejjednodušším přístupu jsou částice reprezentovány jako tvrdé koule, což je přibližně správné pro atomy v mnoha kontextech. Tento částicový model je již vhodný pro popis vzácných plynů v jejich plynném stavu. V další fázi modelu se předpokládají částice, které se mohou stabilně kombinovat s jinými částicemi podle pevných pravidel. To odpovídá chemické vazbě mezi atomy, která tak může vytvářet molekuly různých velikostí, hmot a tvarů. Model částic tak může interpretovat chemické transformace a rozmanitost materiálů, které nás obklopují. Molekuly chemicky čisté látky jsou všechny navzájem identické. Pokud se skládají pouze z několika atomů, v mnoha aplikacích modelu částic stačí je znovu považovat za sféry stejného typu.

Nakonec je model částic rozšířen o skutečnost, že částice mohou vyvíjet odpudivé síly, když se k sobě přibližují, a přitahovat síly, když jsou uprostřed. I když jsou tyto látky mnohem slabší než chemická vazba, rozhodujícím způsobem určují makroskopický vzhled hmoty. V rámci tohoto částicového modelu lze mimo jiné vysvětlit následující pozorování:

  • Mechanická pevnost pevných těles (viz obr.) A snadná deformovatelnost kapalin a plynů : v krystalickém pevném těle se částice drží téměř nepohyblivě na místech mřížky , v kapalinách jen relativně slabě a v plynech vůbec ne.
  • Tepelné energie a teplota : částice jsou neustále v pohybu; čím vyšší je teplota látky, tím rychleji se její částice v průměru pohybují (tepelný pohyb).
  • Tyto stavy agregace , které jsou určeny přitažlivostí částic vůči sobě ve spojení s jejich více či méně prudké teplotní roztažností.
  • Tyto stavové rovnice plynů, to znamená vztah mezi tlakem , hustoty a teploty. To zahrnuje B. následující bod:
  • Stlačitelnost plynů: Pokud vyvíjet tlak na plyn, který je v uzavřené nádobě, objem se sníží. To je možné, protože je zmenšena velká vzdálenost mezi částicemi. Většinu plynů lze dokonce zkapalnit pomocí zvláště vysokého tlaku. V případě kapalin a pevných látek lze objem stěží vůbec zmenšit, protože částice jsou již blízko u sebe.
  • Brownův pohyb : smítko prachu ve vodě, se zdá pohybovat nepravidelně klikatě sám o sobě pod mikroskopem, protože molekuly vody hit třísku prachu nepravidelně vzhledem k jejich vlastní (tepelné) pohybu.
  • Difúze : bez zapojení proudu samotného částic rozptýlených tepelným pohybem plynu i v jiném plynu (nebo ve vakuu); Totéž se děje například s molekulami barviva kapky inkoustu ve vodě.
  • Tlak : Tyto částice uzavřené v objemu hit stěny vzhledem k jejich teplotní roztažností a tím vytvářet orientované směrem ven a v průměru konstantní síly.
  • Přenos tepla , zejména vedením tepla : ohřev objektu v místě, se částice nachází ještě spadají do větší pohyb. Přenášejí to na sousední částice prostřednictvím srážek, přičemž rychlejší pohyb se postupně šíří po celém objektu.
  • Absolutní nula : Po ochlazení se tepelný pohyb částic se zpomalí. Při -273,15 ° C je dosaženo bodu, ve kterém látka již nemůže vychladnout.

„Nejdůležitější nález ve fyzice“

Aby mohl správně ocenit důležitost částicového modelu, zeptal se velký fyzik Richard Feynman ve svých učebnicích Přednášky o fyzice , které vyšly v 60. letech , které znalosti fyziky stojí za to předat potomkům, pokud má člověk příležitost si je získat Věta by měla. Jeho odpověď:

„Všechny věci jsou tvořeny atomy - malými částicemi, které se navždy pohybují, přitahují se navzájem, když jsou v určité vzdálenosti, ale odpuzují, když jsou přitlačeny proti sobě.“

literatura