Најважније из лекције
Међумолекулске силе: Електромагнетне су природе. На равнотежном растојању \( r_0 \) сила је \( F = 0 \) и потенцијална енергија има минимум. За \( r < r_0 \) силе су одбојне, а за \( r > r_0 \) су привлачне.
Агрегатна стања: У чврстим телима молекули само осцилују око равнотежних положаја (сталан облик и запремина); у течностима мењају положаје уз очување запремине; у гасовима су молекули слободни (\( E > 0 \)) и испуњавају целокупан простор.
Топлотно ширење: Загревање доводи до повећања запремине тела, док хлађење узрокује скупљање. Ова појава захтева остављање дилатационих размака (спојница) на мостовима и шинама.
Агрегатна стања: У чврстим телима молекули само осцилују око равнотежних положаја (сталан облик и запремина); у течностима мењају положаје уз очување запремине; у гасовима су молекули слободни (\( E > 0 \)) и испуњавају целокупан простор.
Топлотно ширење: Загревање доводи до повећања запремине тела, док хлађење узрокује скупљање. Ова појава захтева остављање дилатационих размака (спојница) на мостовима и шинама.
Међумолекулске силе су силе узајамног деловања између молекула и оне су електромагнетне природе.
Молекули интерагују искључиво са најближим суседним молекулима, а дејство сила престаје када растојање пређе критичну вредност.
Карактер међумолекулских сила зависи од међусобног растојања \( r \) између молекула:
- Равнотежно растојање (\( r = r_0 \)): Међумолекулска сила је једнака нули (\( F = 0 \)), а потенцијална енергија узајамног деловања има минималну вредност (молекули се налазе у „потенцијалној јами”).
- Мања растојања (\( r < r_0 \)): Међумолекулске силе су одбојне и нагло расту са смањењем растојања, што спречава даље приближавање молекула.
- Већа растојања (\( r > r_0 \)): Међумолекулске силе су привлачне и теже да врате молекуле у равнотежни положај.
Шта се дешава са међумолекулском силом када покушамо да сабијемо воду или комад леда?
При покушају сабијања, растојање између молекула постаје мање од равнотежног (\( r < r_0 \)). Због тога међу молекулима почињу да делују јаке одбојне силе које се противе даљем збијању.
Агрегатно стање супстанце одређено је односом кинетичке енергије топлотног кретања молекула и потенцијалне енергије међумолекулског узајамног деловања.
| Агрегатно стање | Растојање и силе | Енергија молекула | Облик и запремина |
|---|---|---|---|
| Чврсто | Молекули су на растојањима близу равнотежних (\( r \approx r_0 \)); силе су јаке. | Кинетичка енергија је мала; молекули су заробљени у потенцијалној јами и само осцилују око равнотежних положаја. | Задржава сталан облик и сталну запремину. |
| Течно | Растојања су нешто већа од равнотежних; силе су слабије него у чврстом телу, али довољне да држе молекуле на окупу. | Молекули имају довољно енергије да мењају свој релативни положај клизећи једни поред других. | Задржава сталну запремину, али заузима облик посуде. |
| Гасовито | Молекули су на великим међусобним растојањима; међумолекулске силе су занемарљиве (делују само при сударима). | Укупна механичка енергија је већа од нуле (\( E > 0 \)); молекули су слободни и крећу се хаотично. | Нема сталан облик ни сталну запремину (испуњава цео расположиви простор). |
Зашто молекули воде у стању водене паре могу слободно да се удаљавају један од другог, док у леду то не могу?
У воденој пари молекули имају укупну механичку енергију већу од нуле (\( E > 0 \)) и налазе се на великим растојањима где су привлачне силе занемарљиве, па су потпуно слободни. У леду су молекули у „потенцијалној јами” (\( E < 0 \)) и немају довољно топлотне кинетичке енергије да савладају међумолекулске привлачне силе, због чега само осцилују око равнотежних положаја.
Топлотно ширење је појава повећања запремине тела услед повећања његове температуре.
При хлађењу долази до супротног процеса – запреминског скупљања тела.
Течности и гасови се при загревању шире подједнако у свим правцима (изотропно) и попримају облик посуде. Нека чврста тела се шире подједнако у свим правцима, док се нека шире различито у различитим правцима.
Због топлотног ширења, при пројектовању и изградњи мостова, зграда, бетонских путева и железничких пруга уграђују се посебни размаци – дилатационе спојнице, како би се омогућило слободно ширење материјала током лета без деформација и оштећења.
Ако лети погледате железничку шину или коловоз моста, уочићете наменске процепе (спојнице) који спречавају искривљење метала и пуцање бетона при високим дневним температурама.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Које су природе међумолекулске силе и шта се дешава са њиховим интензитетом на веома великим међусобним растојањима молекула?
Међумолекулске силе су електромагнетне природе. На великим међусобним растојањима (већим од критичног растојања), њихов интензитет постаје занемарљиво мали, односно практично једнак нули.
Задатак 2 (средњи): Течност заузима облик посуде, али се не шири неограничено попут гаса. Како се ова особина објашњава на основу међумолекулских сила?
У течностима су молекули на растојањима нешто већим од равнотежног. Међумолекулске силе су довољно слабе да омогуће молекулима да релативно лако мењају међусобне положаје и клизе једни преко других (због чега течност тече и заузима облик посуде), али су истовремено привлачне силе довољно јаке да спрече потпуно одвајање молекула, чиме се задржава стална запремина.
Задатак 3 (тежи): На мостовима се остављају специјални чешљасти процепи са спојницама. Шта би се десило са конструкцијом моста током врелих летњих месеци уколико ови спојеви не би били постављени?
Услед пораста температуре лети долази до топлотног ширења материјала од којих је мост изграђен (челик, бетон). Уколико не постоје дилатационе спојнице које омогућавају слободно продужење елемената, у конструкцији би се јавила огромна унутрашња механичка напрезања која би довела до деформација, пуцања бетона или рушења моста.
