# Строение вещества

Физика · 7 класс · Строение вещества
Источник: https://razlozheno.ru/subject/fizika/7/7-stroenie-veschestva

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.

## Чему научишься

- 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.

## С чего начать

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?

## 1. Атомы: есть ли предел, до которого можно дробить вещество

*Гипотеза Демокрита*

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.).

**Конструктор из мельчайших деталей**

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**

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»).

*Рисунок: От кусочка мела до атома: куда девается видимое дробление*

**Как запомнить слово «атом»**

«Атом» — от греческого «atomos», то есть «неделимый». Само название уже подсказка: атом — то, что дальше делить нельзя.

**Атомистическая (молекулярная) теория**

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).

**Неправильно:** Демокрит доказал существование атомов опытным путём, рассмотрев их в микроскоп.
**Правильно:** 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.

**Пример: Почему Демокрит решил, что дробление вещества не бесконечно**

1. Демокрит представил, что кусочек вещества можно делить пополам снова и снова.
2. Он рассудил: если продолжать дробление бесконечно, куски станут бесконечно малыми — по сути, превратятся в ничто.
3. Но вещество при дроблении не исчезает — значит, по мысли Демокрита, деление должно где-то остановиться.
4. Тогда должна существовать мельчайшая частица, дальше которой делить уже нельзя — он назвал её «атом», от греч. «atomos» — «неделимый».

**Проверь себя:** Смог ли Демокрит увидеть атом своими глазами или в какой-нибудь прибор?
**Ответ:** Нет — во времена Демокрита не было приборов для наблюдения атомов; это была гипотеза, догадка, а не результат наблюдения.

### Проверь себя

**Можно ли, по гипотезе Демокрита, раздробить кусок вещества на бесконечно малые части?**
- Да, вещество можно дробить бесконечно долго, у этого процесса вообще нет предела
- Можно дробить бесконечно, но только если вещество жидкое, а не твёрдое
- Нет, дробить вещество вообще нельзя ни единого раза, даже пополам
- Нет — рано или поздно получится мельчайшая неделимая частица — верно
> По гипотезе Демокрита, дробление рано или поздно доходит до мельчайшей неделимой частицы — атома.

**Одноклассник говорит: «Мне кажется, что в самом центре Земли есть слой из чистого золота, но туда никто не спускался и это никто не проверял». Это гипотеза или доказанный факт?**
- Гипотеза — предположение, ещё не подтверждённое наблюдением или опытом — верно
- Доказанный факт — раз об этом кто-то говорит, значит, это уже кем-то проверено
- Доказанный факт, потому что предположение звучит вполне логично и правдоподобно
- Ни гипотеза, ни факт — рассуждать так в науке вообще недопустимо
> Гипотеза — это предположение, ещё не подтверждённое опытом или наблюдением. Ровно так же идея о том, что вещество состоит из мельчайших частиц, когда-то была лишь гипотезой — пока учёные её не подтвердили.

## 2. Между частицами вещества есть промежутки

*Опыт с окрашенной водой*

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?

**Толпа на пустом стадионе**

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 есть промежутки**

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.

*Рисунок: Опыт с окрашенной водой: частицы краски заходят в промежутки между частицами воды*

**Как проверить: есть ли промежутки**

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.

**Неправильно:** Раз вещество на ощупь твёрдое и сплошное, значит, внутри него нет никаких промежутков.
**Правильно:** 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.

**Пример: Опыт с последовательным разбавлением окрашенной воды**

1. В стакан с водой добавили немного краски — вода стала заметно окрашенной.
2. Часть окрашенной воды перелили в другой стакан с чистой водой и перемешали — окраска стала бледнее, но заметной.
3. Ту же операцию повторили ещё раз, с третьим стаканом чистой воды — окраска снова побледнела, но вода не стала полностью бесцветной.
4. 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.

**Проверь себя:** Если бы вещество было абсолютно сплошным, без единого промежутка, смогла бы капля краски раствориться по всему стакану воды?
**Ответ:** Нет — частицам краски просто некуда было бы поместиться; то, что окраска распространяется по всему объёму, доказывает, что промежутки есть.

### Проверь себя

**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?**
- Вода уже после первого переливания станет совершенно, полностью бесцветной
- Окраска будет постепенно бледнеть, но вода останется слегка окрашенной — верно
- Окраска вообще никак не изменится, сколько ни переливай воду между стаканами
- Вода будет становиться ярче с каждым новым переливанием в другой стакан
> Частиц краски очень много и они очень малы, поэтому даже при сильном разбавлении вода остаётся слегка окрашенной.

**Почему то, что капля краски способна прокраситься по всему объёму нескольких стаканов воды, доказывает, что между частицами вещества есть промежутки?**
- Потому что частицы краски намного тяжелее частиц воды и поэтому тонут
- Потому что вода на самом деле сплошная, без единого промежутка между частицами
- Потому что в сплошной воде без промежутков частицам краски негде было бы поместиться — верно
- Потому что частицы краски заметно крупнее по размеру, чем частицы воды
> Распространение частиц краски по всему объёму жидкости возможно только благодаря промежуткам между частицами воды.

## 3. Тепловое расширение: что происходит с промежутками при нагревании

*От шарика с кольцом до термометра*

Тугую металлическую крышку от банки труднее открутить, чем ту же крышку после того, как банку подержали под струёй горячей воды. Почему нагревание помогает?

**Толпе дали больше места**

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**

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.

*Рисунок: Шарик и кольцо: холодный шарик проходит, горячий — застревает*

**Как не перепутать**

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.

**Неправильно:** При нагревании тело превращается в другое вещество, поэтому меняется его размер.
**Правильно:** Вещество остаётся тем же самым — меняются лишь промежутки между его частицами: при нагревании они увеличиваются, при охлаждении — уменьшаются, отсюда и изменение объёма тела.

**Пример: Шарик и кольцо: классический опыт с тепловым расширением**

1. При комнатной температуре металлический шарик свободно проходит сквозь кольцо — их размеры точно подобраны.
2. Шарик нагревают на пламени.
3. Теперь шарик застревает в кольце — не проходит, хотя раньше проходил свободно.
4. Шарику дают остыть — и он снова свободно проходит через кольцо.
5. Вывод: при нагревании промежутки между частицами шарика увеличились, и его объём стал больше; при охлаждении промежутки снова уменьшились.

**Проверь себя:** Что происходит с промежутками между частицами тела, когда его охлаждают?
**Ответ:** Промежутки уменьшаются, поэтому объём тела при охлаждении уменьшается (тело как бы сжимается).

Вернёмся к вопросу, с которого начали урок.

### Проверь себя

**Металлический шарик при комнатной температуре свободно проходит сквозь кольцо. Шарик нагрели. Что произойдёт, если попробовать просунуть его через то же кольцо?**
- Шарик застрянет: при нагревании промежутки между его частицами увеличились — верно
- Шарик пройдёт сквозь кольцо точно так же легко, как и раньше
- Шарик станет меньше: при нагревании промежутки между его частицами уменьшаются
- Само кольцо неожиданно расширится и без труда пропустит горячий шарик
> При нагревании промежутки между частицами вещества увеличиваются, объём тела растёт.

**Учебный термометр показывает температуру по уровню жидкости в тонкой трубке. На каком свойстве вещества это основано?**
- На том, что цвет жидкости заметно меняется при её нагревании и охлаждении
- На тепловом расширении: объём жидкости растёт при нагревании и падает при охлаждении — верно
- На том, что жидкость становится значительно тяжелее при нагревании
- На том, что частицы жидкости попросту исчезают при её нагревании
> Зависимость объёма тела (в том числе жидкости) от температуры используется в термометрах.

## Ключевые термины

- **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.

## Итог

- 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.

## Шпаргалка

**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.

## Любопытное

- 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.