1. Назовите агрегатные состояния вещества. Какие изменения происходят в веществе при фазовых переходах?
Существуют три основных агрегатных состояния вещества — твёрдое, жидкое и газообразное, а также четвёртое, особое состояние — плазменное. При переходах между ними меняются взаимное расположение и подвижность частиц. Например, при плавлении и испарении расстояния между молекулами увеличиваются, а при конденсации и затвердевании — уменьшаются. Эти переходы связаны с поглощением или выделением тепла.
2. При каком условии вещество находится в твёрдом состоянии? Как движутся молекулы в твёрдом теле?
В твёрдом состоянии вещество сохраняет форму и объём. Это возможно, когда силы притяжения между молекулами намного больше их кинетической энергии. Молекулы не перемещаются свободно, а лишь колеблются около своих устойчивых положений, поэтому твёрдое тело имеет жёсткую структуру.
3. При каком условии образуется жидкое состояние вещества? В чём особенности движения молекул в жидкости?
Жидкое состояние возникает, когда силы притяжения между частицами становятся слабее, и молекулы могут скользить друг относительно друга. Поэтому жидкость сохраняет объём, но принимает форму сосуда. Движение молекул хаотичное, но они всё ещё находятся на достаточно малых расстояниях, чтобы взаимодействовать между собой.
4. При каком условии вещество находится в газообразном состоянии? Сформулируйте условия идеальности газа.
Газообразное состояние устанавливается, если энергия движения молекул настолько велика, что силы притяжения между ними почти не ощущаются. Газы не имеют ни постоянного объёма, ни формы, равномерно заполняют любое пространство. Идеальный газ — это упрощённая модель, в которой считается, что молекулы не взаимодействуют между собой, а сталкиваются абсолютно упруго и имеют ничтожно малый собственный объём.
5. Назовите состав трёхкомпонентной плазмы. Приведите примеры вещества, находящегося в плазменном состоянии.
Трёхкомпонентная плазма состоит из положительных ионов, электронов и нейтральных частиц. Плазма образуется при очень высоких температурах, когда атомы теряют электроны. Примеры плазменного состояния — солнечная корона, молния, пламя газовой горелки, ионизированный газ в люминесцентных лампах и звёздах.
1. В чём смысл поговорки «Мал золотник, да дорог»? Каково значение и происхождение слова «золотник»?
Поговорка «Мал золотник, да дорог» означает, что нечто очень маленькое может иметь огромную ценность. Это может относиться к человеку, вещи или поступку. Слово «золотник» произошло от старинной русской меры веса, равной примерно 4,26 грамма. Его использовали для взвешивания золота и драгоценностей, поэтому даже крошечный золотник был дорог и символизировал высокую ценность малых вещей.
2. Как измерить геометрические размеры молекул?
Размеры молекул можно измерить с помощью современных методов — рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии или интерференции. Эти способы позволяют определить расстояния между атомами и углы между связями. Например, диаметр молекулы воды примерно 0,3 нанометра, то есть три десятимиллиардных доли метра.
3. Сколько молекул в микробе; человеке?
Количество молекул в живых организмах поражает воображение. В одном микробе их примерно 10¹⁰–10¹¹, а в человеческом теле — около 10²⁷. Это число настолько велико, что его невозможно представить: оно сравнимо с количеством звёзд во многих миллиардах галактик.
4. Существует ли дефект массы у человека?
Дефект массы есть у любого вещества, в том числе и у человека, хотя он ничтожно мал. Он связан с тем, что часть массы покоится в виде энергии связей между частицами — согласно уравнению Эйнштейна E = mc². В человеческом организме эта разница настолько мала, что её нельзя измерить, но теоретически она существует.
5. Напишите эссе «Молекулы жизни».
Молекулы жизни — это те невидимые строительные блоки, из которых состоит всё живое. Белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты — каждая из этих групп выполняет свою роль. Белки управляют процессами в клетках, ферменты ускоряют реакции, липиды формируют мембраны, углеводы дают энергию, а ДНК хранит наследственную информацию, без которой невозможна жизнь. Всё живое на Земле, от бактерии до человека, построено из одних и тех же молекул, соединённых по удивительно точным законам природы. Каждая клетка — это сложный мир, где миллиарды молекул взаимодействуют, чтобы поддерживать дыхание, рост, движение, мысли и чувства. Когда задумываешься, что всё это — результат движения крошечных частиц, становится ясно, что жизнь — это великая гармония материи, упорядоченной в молекулы.
6. Подготовьте доклад «Кристаллы: современная техника, медицина, открытие новых видов (на примере нитевидных кристаллов)».
7. Напишите обзорную статью «Происхождение и различные значения термина "плазма” в физике и медицине».
Слово «плазма» появилось в XIX веке. Впервые его использовал физик Ирвинг Лэнгмюр, когда заметил, что при высоких температурах газы начинают вести себя как особое состояние вещества, в котором атомы теряют электроны и превращаются в смесь ионов и электронов. Так появилось понятие плазмы — четвёртого агрегатного состояния вещества наряду с твёрдым, жидким и газообразным. В физике плазма встречается в звёздах, молниях, полярных сияниях и в установках для термоядерного синтеза. Это и есть то состояние материи, в котором находится почти вся Вселенная.
Однако в медицине слово «плазма» имеет совсем другой смысл. Здесь оно означает жидкую часть крови, в которой «плавают» форменные элементы — эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Кровяная плазма состоит в основном из воды, белков, солей и питательных веществ. Она переносит кислород, гормоны, антитела, продукты обмена и играет ключевую роль в поддержании жизни.
Интересно, что между физической и биологической плазмой существует символическая связь. Обе — это среда, в которой происходит движение и взаимодействие множества частиц. В физике это электроны и ионы, в медицине — клетки и молекулы. Обе плазмы — динамичные, живые по своей сути, и каждая из них поддерживает существование: одна — звёзд и галактик, другая — человеческого организма.