Строение вещества
Урок о том, из чего на самом деле состоит любое вещество: почему больше 2400 лет назад родилась идея атома, что доказывает опыт с разбавлением окрашенной воды и почему тела чуть-чуть меняются в объёме при нагревании и охлаждении.
Возьми кусочек мела и раздели его пополам. Получившуюся половинку — снова пополам. Кроши сколько угодно раз. Вопрос: есть ли этому дроблению предел, или вещество можно измельчать бесконечно?
Объяснишь, почему дробление вещества не бесконечно и откуда взялась идея атома.
Докажешь на примере опыта с окрашенной водой, что между частицами вещества есть промежутки.
Объяснишь, почему тела расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении, опираясь на промежутки между частицами.
Атомы: есть ли предел, до которого можно дробить вещество
Возьми кусочек мела и раздели его пополам. Получившуюся половинку — снова пополам. Продолжай мысленно дробить сколько угодно раз. Вопрос, который занимал людей больше 2400 лет: есть ли этому дроблению предел, или вещество можно крошить бесконечно? Больше 2400 лет назад над этим задумался древнегреческий философ Демокрит (ок. 460 — ок. 370 до н. э.).
Представь весь окружающий мир как гигантский конструктор. У любого набора деталей есть предел: самая маленькая деталька, из которой всё собрано, и разобрать её на что-то ещё меньшее уже нельзя. Демокрит предположил, что вещество устроено похожим образом: есть мельчайшая «деталька» вещества, дальше которой дробить некуда.
Атом — мельчайшая неделимая и невидимая глазом частица; согласно гипотезе древнегреческого философа Демокрита (ок. 460 — ок. 370 до н. э.), всё в мире состоит из таких частиц (от греч. «atomos» — «неделимый»).
«Атом» — от греческого «atomos», то есть «неделимый». Само название уже подсказка: атом — то, что дальше делить нельзя.
Атомистическая теория, названная впоследствии молекулярной, — представление о том, что тела состоят из атомов; полное признание и активное развитие получила лишь в XX веке (в развитие представлений о строении вещества внёс вклад, в частности, М. В. Ломоносов).
Демокрит доказал существование атомов опытным путём, рассмотрев их в микроскоп.
Демокрит только выдвинул гипотезу — никаких приборов для наблюдения атомов у него не было; идею проверили и развили другие учёные много веков спустя, а полное научное признание она получила лишь в XX веке.
Демокрит представил, что кусочек вещества можно делить пополам снова и снова.
Он рассудил: если продолжать дробление бесконечно, куски станут бесконечно малыми — по сути, превратятся в ничто.
Но вещество при дроблении не исчезает — значит, по мысли Демокрита, деление должно где-то остановиться.
Тогда должна существовать мельчайшая частица, дальше которой делить уже нельзя — он назвал её «атом», от греч. «atomos» — «неделимый».
Смог ли Демокрит увидеть атом своими глазами или в какой-нибудь прибор?
показать
Смог ли Демокрит увидеть атом своими глазами или в какой-нибудь прибор?
Нет — во времена Демокрита не было приборов для наблюдения атомов; это была гипотеза, догадка, а не результат наблюдения.
Можно ли, по гипотезе Демокрита, раздробить кусок вещества на бесконечно малые части?
Между частицами вещества есть промежутки
Проведём мысленный (а лучше — настоящий) опыт. В стакан с водой капнули немного краски — вода стала окрашенной. Часть этой окрашенной воды отлили в другой стакан с чистой водой и перемешали. Что произойдёт с цветом?
Представь, что несколько сотен человек зашли на огромный пустой стадион и разошлись по всем трибунам — с высоты птичьего полёта людей видно повсюду, хотя стадион не переполнен. Так же и частицы краски: их не так много, чтобы заполнить стакан плотной массой, но им есть куда «разойтись» — в промежутки между частицами воды.
Между частицами, из которых состоит вещество, есть промежутки: опыт с последовательным разбавлением окрашенной воды показывает, что частицы краски распространяются по всему объёму жидкости, а вода при этом состоит из мельчайших частиц с промежутками между ними — если бы вещество было сплошным, такое распространение было бы невозможно.
Если что-то постороннее (краска, соль, запах) может «раствориться» и разойтись по всему объёму вещества — точно есть промежутки между его частицами. Будь вещество сплошным, без единого зазора, впускать внутрь себя было бы нечего.
Раз вещество на ощупь твёрдое и сплошное, значит, внутри него нет никаких промежутков.
Опыт с разбавлением окрашенной воды показывает обратное: краска распространяется по всему объёму жидкости только потому, что между частицами воды есть промежутки, куда попадают частицы краски.
В стакан с водой добавили немного краски — вода стала заметно окрашенной.
Часть окрашенной воды перелили в другой стакан с чистой водой и перемешали — окраска стала бледнее, но заметной.
Ту же операцию повторили ещё раз, с третьим стаканом чистой воды — окраска снова побледнела, но вода не стала полностью бесцветной.
Вывод: капля краски состояла из очень большого числа очень маленьких частиц, которые продолжали распределяться по всё большему объёму воды — а значит, между частицами воды есть промежутки, в которые попадают частицы краски.
Если бы вещество было абсолютно сплошным, без единого промежутка, смогла бы капля краски раствориться по всему стакану воды?
показать
Если бы вещество было абсолютно сплошным, без единого промежутка, смогла бы капля краски раствориться по всему стакану воды?
Нет — частицам краски просто некуда было бы поместиться; то, что окраска распространяется по всему объёму, доказывает, что промежутки есть.
Каплю краски капнули в стакан воды, перемешали, отлили половину в другой стакан с чистой водой, снова перемешали и повторили ещё раз. Что произойдёт с окраской?
Тепловое расширение: что происходит с промежутками при нагревании
Тугую металлическую крышку от банки труднее открутить, чем ту же крышку после того, как банку подержали под струёй горячей воды. Почему нагревание помогает?
Представь плотную толпу людей в вагоне метро в час пик. Двери открылись на просторной платформе — люди разошлись шире, и «объём», который они занимают, стал больше. Похожее происходит с частицами вещества при нагревании: у них будто появляется больше свободы двигаться, и промежутки между ними увеличиваются.
Тепловое расширение тел — изменение объёма тела при изменении температуры (проявляется и у твёрдых тел, и у жидкостей): при нагревании промежутки между частицами вещества увеличиваются, при охлаждении — уменьшаются; зависимость объёма тела от температуры используется в термометрах.
Нагрел — раздвинул (объём вырос). Охладил — сжал (объём уменьшился). Именно поэтому тугую крышку легче открутить после горячей воды: металл крышки расширился, и резьба стала чуть свободнее.
При нагревании тело превращается в другое вещество, поэтому меняется его размер.
Вещество остаётся тем же самым — меняются лишь промежутки между его частицами: при нагревании они увеличиваются, при охлаждении — уменьшаются, отсюда и изменение объёма тела.
При комнатной температуре металлический шарик свободно проходит сквозь кольцо — их размеры точно подобраны.
Шарик нагревают на пламени.
Теперь шарик застревает в кольце — не проходит, хотя раньше проходил свободно.
Шарику дают остыть — и он снова свободно проходит через кольцо.
Вывод: при нагревании промежутки между частицами шарика увеличились, и его объём стал больше; при охлаждении промежутки снова уменьшились.
Что происходит с промежутками между частицами тела, когда его охлаждают?
показать
Что происходит с промежутками между частицами тела, когда его охлаждают?
Промежутки уменьшаются, поэтому объём тела при охлаждении уменьшается (тело как бы сжимается).
Вернёмся к вопросу, с которого начали урок.
Металлический шарик при комнатной температуре свободно проходит сквозь кольцо. Шарик нагрели. Что произойдёт, если попробовать просунуть его через то же кольцо?
В начале урока мы спросили: можно ли дробить кусочек мела бесконечно? Демокрит больше 2400 лет назад предположил, что нет — рано или поздно дробление доходит до мельчайшей неделимой частицы, атома. Идея долго оставалась только гипотезой, но её развили и подтвердили многие учёные, включая М. В. Ломоносова, и в XX веке атомистическая (молекулярная) теория получила полное научное признание. А то, что между этими частицами есть промежутки, доказывает опыт с разбавлением окрашенной воды: краска распространяется по всему объёму именно потому, что ей есть куда «заходить». И промежутки эти не постоянны — при нагревании они увеличиваются, а при охлаждении уменьшаются, поэтому тела чуть-чуть меняются в объёме: это и есть тепловое расширение, на котором работают термометры.
Вещество нельзя дробить бесконечно: по гипотезе Демокрита, у дробления есть предел — мельчайшая неделимая частица, атом (от греч. «atomos» — «неделимый»).
Идея атомов была лишь гипотезой больше 2000 лет; полное научное признание атомистическая (молекулярная) теория получила только в XX веке — вклад в неё внёс и М. В. Ломоносов.
Между частицами, из которых состоит вещество, есть промежутки: это доказывает опыт с последовательным разбавлением окрашенной воды.
Тепловое расширение — при нагревании промежутки между частицами увеличиваются и объём тела растёт; при охлаждении — уменьшаются, объём тела уменьшается.
На тепловом расширении жидкости основано устройство термометра.
- Атом
Мельчайшая неделимая и невидимая глазом частица; согласно гипотезе Демокрита (ок. 460 — ок. 370 до н. э.), всё в мире состоит из таких частиц (от греч. «atomos» — «неделимый»).
- Атомистическая (молекулярная) теория
Представление о том, что тела состоят из атомов; полное признание и активное развитие получила лишь в XX веке (вклад внёс, в частности, М. В. Ломоносов).
- Промежутки между частицами
Опыт с последовательным разбавлением окрашенной воды показывает, что частицы краски распространяются по всему объёму жидкости благодаря промежуткам между частицами вещества.
- Тепловое расширение
Изменение объёма тела при изменении температуры: при нагревании промежутки между частицами вещества увеличиваются, при охлаждении — уменьшаются; используется в термометрах.
Атом — мельчайшая неделимая частица вещества (гипотеза Демокрита, ок. 460–370 до н. э.); слово от греч. «atomos» — «неделимый».
Атомистическая (молекулярная) теория — представление о том, что тела состоят из атомов; полное признание получила в XX веке (вклад — в т. ч. М. В. Ломоносова).
Между частицами есть промежутки — доказано опытом с разбавлением окрашенной воды: краска распространяется по всему объёму жидкости.
Тепловое расширение — при нагревании промежутки между частицами увеличиваются (объём растёт), при охлаждении — уменьшаются (объём падает); на этом основано устройство термометра.
Демокрит предложил идею атомов больше 2400 лет назад (ок. 460 — ок. 370 до н. э.) — а наука подтвердила и развила её лишь в XX веке: почти два с половиной тысячелетия идея ждала доказательств.
Слово «атом» происходит от греческого «atomos» — «неделимый»: сама идея зашифрована прямо в названии.
Свой вклад в развитие атомистических (молекулярных) представлений внёс русский учёный М. В. Ломоносов.
Кто и когда предложил идею атома?
Древнегреческий философ Демокрит (ок. 460 — ок. 370 до н. э.): всё в мире состоит из мельчайших неделимых и невидимых глазом частиц — атомов (от греч. «atomos» — «неделимый»).
Школьник взял кусочек мела и долго растирал его в ступке пестиком, пока не получилась мельчайшая пыль — такая мелкая, что отдельные крупинки не видны даже под лупой. Можно ли считать эту пылинку тем самым «атомом», о котором говорил Демокрит?