Білімгерлердің алған білімін тереңдету, дамыту. 3.Білімгерлерді ұқыптылыққа тәрбиелеу.

3. Білімгерлерді ұқыптылыққа тәрбиелеу.

6.3 Дәріс тезисі:

Денелерді қыздырғанда немесе салқындатқанда оларда өтетін физикалық процестер-жылулық құбылыстар деп аталады.Физикада жылулық құбылыстарды термодинамикалық және молекулалы-кинетикалық деп бөледі.

Жылулық құбылыстар адамның күнделікті өмірінде өте үлкен рөл атқарады. Адамдар жылулық құбылыстарға ерте заманнан-ақ назар аударып келген. Сол кездердің өзінде адамдар Жердегі жыл мезгілдерінің ауысуын, жаңбырдың, қардың, мұздың, будың, тұманның және т.б. пайда болу процестерін түсінуге тырысты. Табиғатта кездесетін кез-келген дене қатты, сұйық, газ түріндегі күйде (фазада)болатын болып шықты. Заттың қандай фазада болуы дененің температурасына тәуелді.

Ежелгі Грекияда адамдар жылу мен суықтың тегін түсіндіруге тырысты. Олар әрбір дененің белгілі мөлшеріндегі қандай да бір субстанциясы-“оты” болады деп санады. Олардың ойынша, “от” жалында бәрінен де көп, ең аз от мұзда болады. Фазалық ауысулар, қыздыру және суыту процестері осы “оттың” жылы денеден салқын денеге өтуімен түсіндірілді.

Орта ғасырларда жылутек теориясы жарық көрді, осы теория бойынша денеде неғұрлым

жылутек көп болса, онда дененің температурасы да соғұрлым жоғары болады. Анығына келгенде, жылутектің өзі жоқ болса да жылутек теориясы молекулалық физиканың көп нәрсеге қолын жеткізді. Мәселен, осы жылутек ұғымы арқылы дененің жылусыйымдылығы, булану және меншікті балқу жылуы туралы түсініктер енгізілді, жылу өткізгіштіктің сандық теориясы жасалды. Молекула (лат. moles – масса) жай немесе күрделі заттың негізгі химиялық қасиеттерін

сақтайтын және өздігінен өмір сүретін ең кіші бөлшек. Молекула ұғымы ғылымға 1860 ж. енгізілген. Молекуланы тәжірибе жүзінде 1906 ж. француз ғалымы Жан Перрен броундық қозғалысты зерттеу кезінде дәлелдеген. Молекула құрамында бір (инертті газдар), екі (H2, O2, N2, CO, т.б.), үш (O3, N2O), сондай-ақ жүздеген, мыңдаған, тіпті одан да көп атомдар (полимер, белок, т.б.) болады. Молекулалары бір атомнан тұратын заттар үшін (мысалы, инертті газдар) молекула ұғымы мен атом ұғымы сәйкес келеді.

Ертедегі грек ғалымдары барлық заттар бөлінбейтін өте кішкентай бөлшектерден тұрады

деп жорамалдаған болатын.Демокрит ондай бөлшектерді атомдар деп атады. ХІХ-ХХ ғасырларда зат құрылысы туралы Демокрит болжамының дұрыстығы практикада дәлелденді. Алайда XX ғасырдың басында атомның да күрделі бөлшек екені, оның өзінен де кіші бірнеше бөлшектерден тұратыны белгілі болды. Кез келген атом үш түрлі элементар бөлшектердің

жиынынан тұрады. Оларды электрон, протон және нейтрон деп атайды. Эксперименттік зерттеулер протондар мен нейтрондардың атомның орталық бөлігінде - ядросында орналасатынын көрсетті. Ал электрондар ядроны шыр айнала қозғалады да, атомның электрондық қабатшаларын түзеді. Табиғатта, жасанды атомдарды коспағанда, әр түрлі 92 атом бар. Олар бір-бірінен ядродағы протондардың санына қарай ерекшеленеді. 92 түрлі атомға 92 химиялық элемент сәйкес келеді. Ең жеңіл элемент сутегі (Н) атомының ядросында бір протон бар, оны айнала бір электрон қозғалады. Ең ауыр элемент

(U) уран атомының ядросында 92 протон бар, оларды айнала 2 электрон қозғалады. Элементтердің физикалық, химиялық қасиеттері - олардың атомдарындағы протондарының санына қарай түрліше болып отырады. Атомдық бөлшектердің электрлік сипаттамалары әр түрлі. Мысалы, электронның электрлік заряды теріс, ал протонның заряды оң болып келеді. Нейтрондарда электр зарядтары сезілмейді. Протон мен нейтронның массалары бір-біріне тең деуге болады, ал олардың әрқайсысының массасы электрон массасынан жуықтап алғанда 1850 еседей үлкен.

Әр элементтің атомы — сол элементтің физикалық- химиялық қасиеттерін сипаттайтын ең

ұсақ бөлшегі. Бір ғажабы: әлемдегі сан жетпейтін неше түрлі денелер мен заттардың барлығы да 92 химиялық элементтің атомдарынан тұрады. Денелер мен заттар осындай санаулы ғана элементтердің атомдарының бір-бірімен байланысы арқасында түзілген. Бірнеше атомдардың өзара байланысуынан молекула түзіледі. Мысалы, су молекуласы үш атомнан: сутегінің екі атомынан және оттегінің бір атомынан құралған. Заттар молекулалардан тұрады. Әр заттың молекулалары бір-біріне ұқсамайды. Сондыктан олардың құрылымдары да, қасиеттері де түрлі-түрлі болады. Әлемдегі заттардың 99 пайызы ең жеңіл екі элементтен: сутегі мен гелийден тұрады. Ғалымдардың пайымдауынша, ғарыш денелеріндегі 10 000 сутегі атомына гелийдің 500 атомы, ал қалған 90 элементтен бір ғана атом келеді.

Табиғаттағы сан алуан заттардың пайда болуын тек әр түрлі элементтердің атомдарының

молекулаларға бірігуімен ғана түсіндіруге болмайды. Қасиеттері бір-біріне мүлде ұқсамайтын әр түрлі заттарды бір ғана элементтің атомдарынан да алуға болады. Мысалы, жұмсақ графит пен табиғаттағы ең қатты зат алмасты алсақ, екеуі де тек көміртегі атомдарынан тұрады. Олардың бір-бірінен айырмашылығы көміртегі атомдарының орналасу ретіне байланысты болады. Мысалы, жұмсақ графитте әрбір көміртегі атомы баска үш көміртегі атомдарымен байланыскан. Мұндай байланыс қабаттасып орналасқан. Алты бұрышты қабыршақ түзеді. Қабаттардағы қабыршақтар бір-бірімен салыстырғанда оңай жылжи алады. Алмас кристалындағы әрбір көміртегі атомы өз төңірегіндегі басқа төрт көміртегі атомдарымен аса берік байланысқа түседі де, пирамидаға ұқсас торға бірігеді. Жер бетіндегі ең үлкен табиғи саф таза алмас 1905 жылы Оңтүстік Африкадан табылды. «Куллинан» деп аталатын сол алмастың салмағы 600 г шамасындай болды. Әр заттың молекуласы - сол заттың ерекшелігін сипаттайтын ең ұсақ бөлшегі. Атомдар мен молекулалардың кристалдағы орналасу ретін, олардың жалпы сұлбасын қазіргі электрондық микроскоптар мен иондық проекторларда көруге болады. Ұсақ бөлшектерді электрондық микроскоптар жүздеген мың есе үлкейтеді, ал иондық проекторлар миллиондаған есеге дейін үлкейте алады. Молекуланың өте ұсақ бөлшек екенін сезіну үшін мына мысалдарға жүгінейік. Көлемі орташа алма Жер шарынан неше есе кіші болса, молекула да алмадан сонша есе кіші. Көлемі 1 мм3 сутегі газында калыпты жағдайда 27 000 000 000 000 000= = 2,7*1016 жуық молекулалар бар. Қорыта айтқанда: жекелеген атомдар - химиялық элементтердің, ал молекулалар заттардың ең кіші бөлшектері болып табылады. Әр түрлі заттардан денелер құралады.

XVIII ғасырларда француз физигі Гассенди атомистиканы жаңғыртты. 1734-1748 жылдары

М.В. Ломоносовтың еңбектері жарық көрді. Бұл еңбегінде ол тәжірибе нәтижелеріне сүйене отырып, зат құрылымының молекулалы-кинетикалық теориясын жасады. Ол масса мен қозғалыстың сақталу заңына сүйене отырып, денедегі бөлшектердің үздіксіз және хаосты қозғалыста болатынын, жылулық қозғалыс денедегі молекулалар қозғалысының нәтижесі екенін көрсетті.

Сонымен, молекулалық физикада жылу құбылыстарын зерттеуде екі әдіс қолданылады: термодинамикалық және молекулалы-кинетикалық.

Термодинамика дегеніміз - заттың ішкі құрылымын ескермей, энергетикалық түрленулердің негізінде жылулық құбылыстарды зерттейтін физиканың бөлімі.

Молекулалы-кинетикалық теория осы жылулық құбылыстарды қозғалыстары Ньютон заңына бағынатын молекулалар мен атомдардан тұрады деген болжам негізінде қарастырады.Дене құрылымының молекулалық кинетикалық теориясы деп барлық денелер жеке бейберекет қозғалыстағы бөлшектерден тұрады деген көзқарас негiзiнде макроскоптық денелердiң қасиеттерi мен жылу процестерiне түсiнiк беретiн iлiмдi айтады.Молекулалық-кинетикалық теория (МКТ) негiзi мынадай үш қасиеттен тұрады:

1. барлық денелер бөлшектерден – атомдардан, молекулалардан, оң және терiс зарядталған иондардан – тұрады;

2. бұл бөлшектер барлық уақытта үздiксiз және бейберекет қозғалыста болады;

бөлшектер арасында өзара әсерлесу күштерi – тартылу және тебiлу күштерi бар. Ол күштер;

3. электрлiк сипатқа ие. Бөлшектердiң өзара гравитациялық әсерлесуi өте аз.

 

1.1-сурет

 

1.2-сурет

Бұл тұжырымдардың ақиқаттылығы көптеген физикалық бақылаулар мен тәжiрибелер жүргiзу арқылы дәлелденген. МКТ-ның негiзгi көзқарастарына ең нақты дәлел бола алатын мысалдар:

· броундық қозғалыс құбылысы (Броун);

· молекулалық диффузия құбылысы;

· қазiргi заманғы приборлар көмегiмен алынған жеке атомдар мен молекулалар кескiнi. 1-шi суретте вольфрам инесiнiң ұшында атомдардың орналасуы (ақ дақтар), ал 2-шi суретте кремний пластинасы бетiнiң микрофотографиясы келтiрiлген, мұндағы дөңдер – кремнийдiң жеке атомдары.

Молекулалық-кинетикалық теориянын негізгі формулаларын кесте түрінде корсету

Салыстырмалы молекулалық масса	Заттың мөлшерін молекулалар массас арқылы өрнектеп жаз	Газдың МКТ негізгі теңдеуі
Больцман тұрақтысы неге тең	Температура орташа кинетикалық энергияның өлшеуіші	Молекуланың жылулық қозғалысының орташа жылдамдығы

 

Бойль – Мариотт заңы	Шарль заңы	Сутегінің мольдік массасы неге тең
Жылдамдық проекциясының орташа жылдамдығы	Изотермиялық процесс графигі	Изохоралық процесс графигі

 

Авогадро тұрақтысы неге тең

Абсолют температура неге тең

Газ қысымы температураға n-шоғырына тура пропорционал

 

 

Күй теңдеуі	Гей – Люссак заңы	Менделеев – Клапейрон теңдеуі
Мольдік масса	Зат мөлшерін молекулалар саны арқылы жаз	Судың мольдік массасы неге тең
Мольдік масса мен салыстырмалылық молекулалық масса арасындағы байланыс формуласы	Изобарлық процесс графигі	Изохоралық процесс графигі

 

Молекула кинетикалық теорияның негізгі қағидаларының тәжірибелік дәлелдемелері:

1. Заттардың бөлінгіштігі (физикалық, химиялық қасиеттері өзгеріссіз қалады). (ақ қағаз, қайшы)

2. Газдардың сығылғыштығы. Газ кез-келген көлемді алады. (дене молекулаларының арасында үлкен қашықтық бар (шприц, насос)

3. Газ өзі тұрған ыдыс қабырғасына қысым түсіреді. Бұл молекулалардың қозғалыста болғанын көрсетеді. (Баллон суреті)

4. Диффузия- бір заттың молекулаларының екінші заттың молекула аралық кеңістігне еніп кетуі. (иіс су, су, маргансофка, қант). Диффузия неге тәуелді? Ол дене температурасын және агрегаттық күйіне тәуелді.

5. Молекулаларды электрондық микроскопта және иондық проекторда бақыланады.

Микроскоп суреті (интерактивті тақтадан)

7. Денелерді беріктігі микробөлшектердің өзара тартылатынын білдіреді. (ағаш апару керек)

8. Дененің серпімді диформация қасиеттері бар. (серіппе, резина)\

9. Броундық қозғалыс- сұйықта немесе газда қалқып жүрген қандай да бір қатты заттың өте ұсақ бөлшектерінің сұйық немесе газ молекулаларының соққыларының әрекетінен бейберекет қозғалуы. Ашқан ғалым ағылшын ботанигі Броун.

10. Молекула жылдамдықтарын анықтау. 1920 жылы О.Штерн тәжірибе жасады. Штерн тәжірибесінің формуласы V²= 3RT/m

6.4 Үлестірмелі материал: электрондық кітаптар, тесттер, карточкалар

6.5 Пайдаланған әдебиеттер:

1. Физика: Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану-математика бағытындағы 10-сыныбына арналған оқулық/ Б.Кронгарт, В.Кем, Н.Қойшыбаев.-Өңд., толықт. 2-бас. Алматы: Мектеп, 2010-384 б., сур.

2. Физика: Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану-математика бағытындағы 11-сыныбына арналған оқулық/ С.Тұяқбаев, Ш.Насохова, Б.Кронгарт, т.б.- Алматы: “Мектеп” баспасы. -384 б., сур.

3. Савельев И.В. Жалпы физика курсы. – Алматы, Мектеп, 1,2,3 том, 2000

4. Волькенштейн В.С. Жалпы физика курсының есептер жинағы. – М., Наука, 2000

5. Иродов И.Е. Жалпы физика курсының есептер жинағы. М: Наука, 2006

Бақылау сұрақтар.

1. Диффузия деген не?

2. Жан Перрен жайында не білесіңдер?