8. Состояние

Категория диалектики «состояние» близка к категории сущности, но в отличие от неё раскрывает физическое состояние объекта. Одно и то же вещество может находиться в различных состояниях – так называемых агрегатных состояниях. Например, вода может находиться в твердом – лед, жидком и газообразном – пар – состояниях. Переходы между агрегатными состояниями сопровождаются скачкообразным изменением ряда физических свойств, таких как плотность, энтропия и пр. Помимо газообразного, жидкого и твердого агрегатных состояний иногда рассматривают еще плазменное состояние. Возможность вещества находиться в нескольких агрегатных состояниях, обусловлена различиями в тепловом движении его молекул или атомов и в их взаимодействии.

В газообразном состоянии вещества кинетическая энергия теплового движения его частиц: молекул, атомов, ионов – значительно превосходит потенциальную энергию взаимодействия между ними, поэтому частицы движутся относительно свободно, равномерно заполняя при отсутствии внешних полей весь имеющийся для них объем.

В жидком состоянии вещества содержат в себе черты как твердого состояния, такие как сохранение объема, прочность на разрыв, так и газообразного – изменчивость формы. Жидкости характерен так называемый ближний порядок в расположении частиц – молекул, атомов – малое отличие в кинетической энергии теплового движения молекул и их потенциальной энергии взаимодействия.

Ближний порядок состоит в согласованности расположения соседних частиц в веществе, который соблюдается (в отличие от дальнего порядка) на малых расстояниях, сравнимых с размерами самих частиц. Кроме жидкостей ближний порядок характерен также для твердых аморфных тел. Дальним порядком характеризуются кристаллы, которым отвечает строгая повторяемость во всех направлениях (сдвиговая симметрия) одного и того же структурного элемента (атома, группы атомов, молекулы и т. п.) на протяжении сотен и тысяч периодов кристаллической решетки. В некоторых веществах наблюдается также упорядоченность в ориентации молекул (например, в жидких кристаллах), магнитных моментов, электрических дипольных моментов.

Тепловое движение молекул жидкости состоит из колебаний около положений равновесия и сравнительно редких скачкообразных переходов из одного равновесного положения в другое, с которыми связана текучесть жидкостей. Отметим здесь свойство сверхтекучести квантовой жидкости -жидкого гелия, открытое П.Л. Капицей в 1938 г., заключающееся в протекании без внутреннего трения (вязкости) через узкие щели, капилляры и т.п. при низких температурах (ниже 1,17К).

В твердом состоянии вещества отличаются большой стабильностью формы и характером теплового движения атомов, которые совершают малые колебания около положения равновесия. Различают, как уже упоминалось, кристаллические и аморфные твердые тела. В первых существует пространственная периодичность в расположении положений равновесия атомов. В аморфных твердых телах атомы колеблются около хаотически расположенных точек. Устойчивым состоянием твердого тела является кристаллическое.

Различают твердые тела с ионной, ковалентной, металлической и др. типами связи между атомами, что обусловливает разнообразие их физических свойств. Электрические и некоторые другие свойства твердых тел в основном определяются характером движения внешних электронов его атомов. По электрическим свойствам твердые тела делятся на диэлектрики, полупроводники и металлы, по магнитным – на диамагнетики, парамагнетики и тела с упорядоченной магнитной структурой. Исследования свойств твердого тела объединились в большую область физики – физику твердого тела, развитие которой стимулируется потребностями техники.