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 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
- Ludwig Bergmann , Clemens Schaefer , Thomas Dorfmüller, Wilhelm T. Hering, Klaus Stierstadt: Učebnice experimentální fyziky . 11. vydání. de Gruyter, 1998, ISBN 3-11-012870-5 .
- Wolfgang Demtröder : Experimentální fyzika. 4. vydání. Springer, 2005, ISBN 3-540-26034-X .
- Richard Feynman , Robert Leighton , Matthew Sands : Feynman přednášky z fyziky Oldenbourg, 1999, ISBN 3-486-25857-5 .
- Christian Gerthsen , Dieter Meschede : Gerthsenova fyzika . 23. vydání. Springer-Verlag, 2006, ISBN 3-540-25421-8 .