HALMAZÁLLAPOTOK A következő táblázatot kérem fejből megtanulni

Az előadások a következő témára: "HALMAZÁLLAPOTOK A következő táblázatot kérem fejből megtanulni"— Előadás másolata:

1 HALMAZÁLLAPOTOK A következő táblázatot kérem fejből megtanulni
(a tankönyben lévő meghatározásokat is lehet)

2 szilád folyékony gáz Összetartó erő részecskék között igen erős a kölcsönhatás, erősebb, mint a folyadékok vagy légnemű anyagok esetén részecskék között molekuláris erők működnek, melyeknek hatótávolsága kicsi, de nagysága jelentős és mindig vonzó jellegű a részecskék között erőhatás nincs (ideális gáz) Részecskék elmozdulása rezgőmozgás folyadékok részecskéi szakadatlan, rendezetlen mozgást végeznek. (BROWN mozgás⇒ tej-virágpollen) a részecskék elgördülnek egymáson részecskék szakadatlan, rendezetlen mozgást végeznek Brown mozgás Térkitöltés nagyon sok részecskéből álló rendszer, melynek térfogata állandó részben kitöltik teret (térfogatuk állandó) mindig kitöltik a rendelkezésre álló teret Alak alaktartók, csak megfelelően nagy erőkkel lehet azt megváltoztatni önálló alakjuk nincs, mindig a tárolóedény alakját veszik fel nincs meghatározott alakjuk Összenyomhatóság a részecskék közötti taszítás miatt nem lehet összenyomni őket bizonyos mértékig összenyomhatók, összenyomáskor a részecskék mérete nem változik, csak közelebb kerülnek egymáshoz

3 A folyadékok tulajdonságai I.
i.e. IV. század: Arisztotelész: a földi világ négy őselemből áll: föld, víz, tűz, levegő – tehát megjelent a víz, mint egy őselem. A folyadékok részecskéi vonzzák egymást, egymáson elgördülve keverednek, nincs állandó alakjuk, térfogatuk meghatározott, van szabadfelszínük. Az egymással érintkező folyadékok részecskéi külső hatás nélkül is összekeverednek: ez a jelenség a diffúzió.

4 A folyadékok tulajdonságai II.
Mikroszkóppal megfigyelve a folyadék részecskéi állandóan mozognak, „lökdösődnek”. Ezt a mozgást Brown-mozgásnak nevezzük. Ezt a felfedezőjéről, Robert Brown-ról (skót biológus, ) nevezték el (1827-ben fedezte fel). Megfigyelte, hogy minél kisebbek a részecskék, és minél melegebb a folyadék, annál intenzívebb mozgás észlelhető. (balról az első képen a sötétanyag Brown mozgása látható, a középső képen a Brown mozgás modellezése (az órán mi is modelleztük a random-walk mozgást dobókockákkal!!), míg a bal oldali képen a tudós Robert Brown.)

5 Brownian Random Walk

6 Brown mozgás Brown botanikus 1827-ben vízben lebegő nagyon apró virágporok szabálytalan mozgását figyelte meg mikroszkóp alatt. Ez a jelenség a Brown-mozgás vagy véletlen bolyongás (angolul random walk) elnevezést kapta. A jelenség elméletét Einstein dolgozta ki. A Brown-mozgásban rejlő törvényszerűségeket más véletlen jelenségekre is alkalmazták (árvíz vagy szárazság gyakorisága, piacelemzés, döntéshozatal). A Brown-mozgás a folyadékot (vagy gázt) alkotó molekulák hőmozgásával kapcsolatos, a molekuláknak a Brown-részecskékkel való sorozatos és véletlenszerű ütközéseinek következménye. A kinetikus gázelmélet alapján a részecske is felveszi a molekulák átlagos hőmérsékleti energiáját, és a részecske átlagos elmozdulása az idő négyzetgyökével lesz arányos.

7 Brown mozgás Einstein elméletéből az is következik, hogy szoros kapcsolat áll fenn a Brown-mozgás és a diffúzió között. A diffúzió egy kiegyenlítődési folyamat. (Pl. ha kezdetben két edényben külön-külön oxigén és nitrogén gáz van, majd a két edényt összenyitjuk, akkor egy idő eltelte után a két gáz egyenletes keveredése figyelhető meg.) A diffúzió irreverzibilis, azaz időben megfordíthatatlan folyamat: egy diffúzióval kiegyenlítődött eloszlás visszaalakulása önmagától (pl. az oxigén és a nitrogén szétválása) elenyészően kis valószínűséggel következhet be. A természetben lejátszódó folyamatok irreverzibilisek.

8 PLAZMA HALMAZÁLLAPOT plazma – az anyag negyedik halmazállapota
Nagymértékben vagy teljesen ionizált gáz, amely negatív elektronokból, pozitív ionokból és esetleg kis részben semleges atomokból, molekulákból áll. A világegyetem látható anyagának 99%-a (csillagok, csillagközi és bolygóközi anyag) plazma állapotban van. Plazmaállapot magas hőmérsékleten alakul ki. Létrehozásához legalább tízezer kelvin hőmérsékletet kell elérni, ekkor a gázban végbemenő heves ütközésekben az atomok, molekulák elvesztik elektronjaikat. A plazma jelenségeit az ionok és az elektronok együttes (kollektív) viselkedése jellemzi, elméleti leírása a magnetohidrodinamika. A plazmában a kétféle elektromos töltés csak átlagosan semlegesíti egymást, ezért a plazma kölcsönhat az elektromágneses térrel. A plazma áramlásai elektromágneses teret keltenek. Mágneses térben mozgatott plazmával elektromos áram gerjeszthető, így működnek a kísérleti stádiumban levő magnetohidrodinamikai (MHD) generátorok.

9 PLAZMA MAGFÚZIÓ A fúziós reaktorokban mágneses térrel tartják össze a százmillió fokos plazmát, ez az atommagok összeolvadásán alapuló energiatermelési mód lesz a plazmák legfontosabb gyakorlati alkalmazása. (pl az orosz TOKAMAK) Természetes környezetünkben plazmajelenség a napszél, a magnetoszféra, a gyertya lángja, plazma keletkezik villámláskor is. Mesterségesen létrehozott plazma jelenik meg a gázkisülésekben (fénycsövek), hegesztésre, vágásra, felületek védőréteggel való bevonására, fémek előállítására széles körben használnak plazmatechnológiákat. Mikrohullámú sütőben is létrehozhatunk plazmát, ha már nincs többé szükségünk a mikróra! ☺ Ha szükségünk van rá, akkor megnézhetjük ezt a kísérletet a neten a következő címen: Ezen a honlapon további érdekes kísérleteket is megnézhetünk. Akit tovább is érdekel a téma (nagyon érdekes!!!) ide is ellátogathat:

10 FÚZIÓS ERŐMŰVEK A JÖVŐ? (erről majd 11-12-ben beszélünk részletesebben)
A nukleáris energiatermelés azon alapszik, hogy az atommagokban az egy-egy nukleonra (protonra vagy neutronra) eső kötési energia az 50-es tömegszám (a vas atommagja) környékén a legnagyobb, ezek tehát a legerősebben kötött atommagok. Az ennél nagyobb atommagok kisebbekre hasításával növekszik a kötés erőssége, és így energia szabadítható fel (fisszió). Ezt a folyamatot használják a mai nukleáris erőművek.

11 A másik energiafelszabadítási lehetőség szerint kis atommagokat egyesítünk nagyobbakká, ahogy a Napban is zajlik. Ezt nevezzük magfúziónak. Sajnos, ez a folyamat csak akkor következik be, ha az atommagok nagyon közel kerülnek egymáshoz. Az atommagok pozitív elektromos töltéssel rendelkeznek, így egymást taszítják: csak akkor tudnak egymás közelébe férkőzni, ha elég nagy sebességgel ütköznek össze. A részecskék gyors mozgása azt jelenti, hogy magas a közeg hőmérséklete, mégpedig a számítások szerint körülbelül 100 millió Celsius-fok. Ilyen forró anyagot nem lehet semmilyen tartályban tárolni, mivel az anyaga elpárologna. Ezen a hőmérsékleten a részecskék intenzív ütközése még az elektronokat is leszakítja az atommagokról, és az atomok szétesnek szabad atommagokra (ionokra) és elektronokra. Ezt az atommag-elektron levest hívjuk plazmának. Emberi szemmel a plazmaállapot különlegesnek tűnik, pedig a világegyetem nagy része plazmaállapotban van. Napunk is óriási plazmagömb, amelyben a forró anyag egyben tartásáról a hatalmas gravitációs erő gondoskodik. Forrás: Zoletnyik Sándor

12 SZUPERHIDEG ÁLLAPOT Az alkáli atomokból álló higított gázokban létrehozott Bose-Einstein-kondenzáció (BEC) előállításával egy új halmazállapot született, - immáron az ötödik (mivel a három közismert állapoton kívül, a plazma is külön formának számít) - a szuperhideg-gáz állapota. Az új halmazállapot használata a precíziós mérés és a nano-technológia területén hozhat jelentős előrelépést. Nulla kelvin közelében (már piko kelvinnél tartanak!!) az anyag olyan speciális állapota alakul ki, ahol az atomok közötti távolság szerese a szilárd testekéhez képes. Fellép a szupravezetés jelensége, azaz elhanyagolhatóan kevés ellenállással vezeti az elektromos áramot. (új generációs számítógépek)

13 Bose-Einstein kondenzáció (BEC)
attól, hogy Einstein neve benne van, még lehet egyszerű megérteni! Még a fizikusok is próbálkoznak vele! Lehet csatlakozni!☺☺☺ A Földön a Bose-Einstein kondenzátum akkor alakul ki, amikor az anyagot rendkívül alacsony hőmérsékletre hűtik, megközelítve az abszolút nullát - ez az elméleti hőfok, ahol minden atomi mozgás abbamarad. A lehűléskor az anyagot felépítő atomok egy furcsa új állapotba lépnek. Mind ugyanabba az energia-, vagy kvantumállapotba kerülnek, és egy anyagfoltba egyesülnek, melyet "szuperatomnak" neveznek. A Bose-Einstein kondenzátum tulajdonságainak megértésén rengeteg fizikus dolgozik.

14 SZUPERHIDEG Lent bal oldali kép:
A szuperhideg atomokat mágnesek tartják fogva Lent jobb oldali kép: Az anyag új halmazállapotát a sebességeloszlási adatok erősítik meg. A két jobb oldali ábrán az atomok a korábbi szabadon mozgás helyett makroszkópikus kvantumállapotban egyesülnek (forrás: SG.hu)

15 A következő diákon Robert Brown eredeti kísérleti feljegyzése olvasható
KIEGÉSZÍTŐ ANYAGRÉSZ

16 Robert Brown (1773–1858) Rövid beszámoló az 1827 június, július és augusztus havában végzett mikroszkópos megfigyelésekről... A megfigyeléseket, melyeket szándékom szerint a következő oldalakon összegezek, egyszerű mikroszkóppal végeztem, éspedig egy és ugyanazon, 1/32 hüvelyk fókusztávolságú lencsével. Ez irányú vizsgálataim 1827 júniusában kezdődtek. Az első vizsgált növény a vizsgálat céljára több szempontból feltűnően alkalmasnak bizonyult. Ez a növény a Clarckia pulcbella volt, amelynél az érett, de nem kipattant portokokból vett pollenszemek szokatlanul nagy méretű, 1/4000–1/5000 hüvelyk hosszú részecskékkel vagy szemcsékkel voltak teli. Ezek alakja hosszúkás hengeres, talán kicsit lapított volt, egyformán lekerekített végekkel. Miközben ezeknek a – vízben lebegő – részecskéknek alakját vizsgáltam, megfigyeltem, hogy sok közülük jól láthatóan mozog. Mozgásuk nemcsak abból állt, hogy a folyadékban helyüket változtatták, módosítva relatív helyzetüket, hanem abban is, hogy nem ritkán maguknak a részecskéknek az alakja is változott, az egyik oldalukon a középhez viszonyítva ismétlődően összehúzódtak vagy meggörbültek, amit a részecske másik oldalán megfelelő kiterjedés és homorodás kísért. Néhány esetben látszott, hogy a részecske hossztengelye körül forog. A sokszor ismételt megfigyelések után meggyőződtem arról, hogy ezeket a mozgásokat sem a folyadék áramlása, sem annak fokozatos párolgása nem okozza, hanem magának a részecskének a sajátságai.

17 A pollenszemecskék, amelyeket ennek a növénynek portokjaiból közvetlenül kipattanás után vettem, hasonlóan szubcilindrikus részecskéket tartalmaztak, de kisebb számban és keverve legalább annyi, sokkal kisebb nagyságú, láthatóan gömb alakú és gyorsan rezgő részecskével. Ezeket a kisebb részecskéket, vagy molekulákat, ahogyan nevezni fogom őket, először a folyadékban függőlegesen úszó hengeres részecskéknek néztem. Az ismételt és gondos vizsgálatok azonban megingattak ebbéli vélekedésemben. Ha a vizsgálatot a víz teljes elpárolgásáig folytattam, mind hengeres részecskéket, mind gömb alakú molekulákat találtam a mikroszkóp tárgyasztalán. Miután láttam, hogy minden általam vizsgált élő növény pollenjének részecskéi mozognak, a továbbiakban az érdekelt: vajon e tulajdonság fennmarad-e a növény halála után és mennyi ideig. Megszárított vagy néhány napra alkoholba merített növények pollenrészecskéi szemmel láthatóan ugyanúgy mozogtak, mint ahogyan az az élő növények esetében megfigyelhető volt. Számos növénypéldány, amelyeket herbáriumban több mint húsz éve, sőt esetenként nem kevesebb, mint egy évszázada szárítva őriztek, még mindig jelentős számban tartalmazott láthatóan mozgó, kicsiny, gömb alakú részecskéket vagy molekulákat, néhány nagyobb részecske mellett, melyek azonban kevésbé nyilvánvalóan vagy észrevehetetlenül mozogtak.

18 Mivel hitem szerint ezekben a vizsgálatokban a pollenrészecskék vízben való mozgásának különleges jelenségét fedeztem fel, indokoltnak látszott, hogy ezt a különlegességet a virágtalan növények bizonyos családjaiban, nevezetesen a moháknál és az Equisetum nemzetségnél is megnézzem, amelyeknél nem ismerik el általánosan az ivari szervek létezését. Mindkét családnál a porzóknak tekintett szervekben, nevezetesen a mohok hengeres pollentokjaiban és az Equisetum csupasz ovulumát körülvevő négy lemezes testben találtam parányi gömbölyű részecskéket, melyek nagysága láthatóan megegyezett az Onagrariae család esetében leírt molekulákéval és amelyek vízben ugyancsak élénken mozogtak. Ez a mozgás olyan mohák és Equisetumok esetében is megfigyelhető volt, amelyek már több mint száz éve szárított állapotban voltak. Ez az igen meglepő tény, nevezetesen az, hogy ezek a parányi részecskék a növény halála után is ilyen hosszan megőrzik látszólagos vitalitásukat, talán még nem csökkentette volna lényegesen különleges feltételezésembe vetett bizalmamat. Ugyanekkor azonban megfigyeltem, hogy az Equisetum ovulumát vagy magvait – először véletlenül – összezúzva, olyan jelentősen megnöveltem a mozgó részecskék számát, hogy a kapott mennyiség forrását illetően nem lehetett kétségem. Azt is láttam, hogy a moháknak először virágleveleit, majd ezek egyéb részeit pépesítve könnyen kaptam hasonló részecskéket, ha nem is azonos mennyiségben, de ugyanúgy mozgókat. A hím ivarszerveket illető feltevésemet ezért kényszerűen fel kellett adnom.

19 Elmélkedve azokon a tényeken, melyeket immár megismertem, arra a gondolatra hajlottam, hogy a láthatóan egyforma méretű parányi gömbölyű részecskék, vagy molekulák, amelyeket először az Onagrariák, de más virágos növények érett pollenjeiben is láttam, majd a mohák portokjaiban és az Equisetumok porzóinak tekintett testek felületén, végül ugyanezen növények egyéb részeinek összezúzott darabjaiban figyeltem meg, valójában a szerves testek feltételezett alkotóelemei, elemi molekulák, amelyeket először Buffon és Needham, később pontosabban Wrisberg, mindjárt utána és részletesebben Müller, végül legutóbb Dr. Milne Edwards vizsgált, aki felélesztette és sok érdekes vonatkozásban alátámasztotta az elméletet. Ezek után már azt vártam, hogy ezeket a molekulákat minden szerves anyagban meg fogom találni. És valóban a különböző állati és növényi szövetek vizsgálata során, legyenek azok élők vagy holtak, a molekulák mindig megtalálhatók voltak. Ezek az anyagok, pusztán vízben pépesítve mindig szolgáltattak elég molekulát ahhoz, hogy ezeknek és a pollenszemcsék kisebb részecskéinek nyilvánvaló méreti, alaki és mozgásbeli azonosságát meg lehessen állapítani. Vizsgáltam szerves anyagok különböző származékait is, éspedig a mézgákat és más növényi származású anyagokat. Érdeklődésem még a bányászott szénre is kiterjedt. Mindezekben az anyagokban bőven találtam molekulákat. Megjegyzem itt azt is, részben azok kedvéért, akik ezután ugyanilyen vizsgálatokba fognak, hogy az a por és korom, amely oly nagy mennyiségben ülepedik le mindenre, különösen Londonban, teljesen ezekből a molekulákból áll.

20 Volt a vizsgált anyagok között egy lánggal égni képes fosszilis faminta, amely a wilthshiri oolitokból származott. Amikor ebben a mintában bőven találtam mozgó molekulákat, feltételeztem, hogy ha kisebb mennyiségben is, megtalálhatók lesznek a megkövesedett növényi maradványokban is. Ezt várva egy fenyőszerkezetűnek mutatkozó kovásodott fának kicsiny darabját megőröltem és azonnal a már említettekhez minden tekintetben hasonló gömbölyű részecskéket vagy molekulákat kaptam, méghozzá annyit, mintha a kövület teljes egészében ezekből állna. Ezek után arra következtettem, hogy ezek a molekulák nemcsak szerves testekben vagy azok termékeiben fordulnak elő. A vizsgálódás célja ezek után a következtetés helyességének ellenőrzése és annak megállapítása lett, milyen mértékben vannak molekulák az ásványi anyagokban. Az elsőként vizsgált anyag egy kis darab ablaküveg volt, melyből egyszerűen a mikroszkóp asztalán való összetörés után könnyen és bőségesen kaptam a már látottakhoz méretre, alakra és mozgásra megegyező molekulákat.

21 A vizsgálatokat, hasonló eredménnyel, olyan ásványokon folytattam, amelyek vagy kéznél voltak, vagy könnyen meg tudtam őket szerezni. Idetartozott néhány egyszerű föld és fém, valamint több vegyületük. Bármely korú kőzet, olyan is, amelyben szerves maradékokat sosem találtak, bőven adott molekulákat. Igazolhatóan léteznek a gránit minden ásványi alkotójában és a Szfinx egy darabjában, ami egyike volt a vizsgált mintáknak. Unalmas lenne minden ásványi anyagot felsorolni, amelyben ezeket a molekulákat megtaláltam, így ebben az összefoglalóban csak néhány legfeltűnőbbnek a felsorolására szorítkozom. Ezek között vízi és tűzi eredetűek egyaránt voltak, például travertin, sztalaktitok, láva, obszidián, tajtékkő, különböző helyszínekről származó vulkánikus hamuk és meteoritok. A fémek közül megemlíthetem a mangánt, a nikkelt, az ólmot, a bizmutot, az antimont és az arzént. Végül is minden olyan ásványban, amelyet elég finom porrá tudtam törni ahhoz, hogy egy időre vízben szuszpendálható legyen, többé-kevésbé bőven találtam molekulákat, sőt néhány esetben, leginkább kovatartalmú kristályokban az egész vizsgált test ezekből állt.   Szepesváry Pálné fordítása

22 ÉRDEKES LINKEK (EZ UGYAN ANGOL NYELVŰ, de hát Önök jól tudnak angolul!) (kísérletek) Dr. Juhász András HA VALAKI VALAMILYEN ÉRDEKESET TALÁL A NETEN SZÓLJON NEKEM, HOGY BŐVÍTHESSÜK A LISTÁT!!!

23 FELHASZNÁLT IRODALOM Fizika 10-Maxim Kiadó www.sdt.sulinet.hu
Ötösöm lesz fizikából-Gulyás János...-Műszaki Kiadó Fizika Középiskolásoknak - Dr. Siposs András-Korona Kiadó Fizika Hőtan - Dr. Zátonyi – Ifj. Zátonyi Fizika Szakközépiskolai Összefoglaló Feladatgyűjtemény (kísérletek) Dr. Juhász András Wikipedia, stb más internetes anyagok