Partikelmodellen

Fysik åk 7–9

Allt omkring dig – vattnet i ett glas, luften du andas, bordet du sitter vid – är uppbyggt av enormt många partiklar som är alldeles för små för att se. Partikelmodellen är ett sätt att tänka om materia som gör det möjligt att förklara varför ämnen är fasta, flytande eller gasformiga, och vad som egentligen händer när något värms upp eller kyls ner.

I ett fast ämne sitter partiklarna tätt packade i ett ordnat mönster och vibrerar runt fasta platser utan att lämna dem, vilket gör att ämnet behåller sin form. I en vätska är partiklarna fortfarande nära varandra, men de kan glida förbi varandra, så vätskan flyter och antar formen av sin behållare. I en gas är partiklarna långt ifrån varandra och rör sig fritt i alla riktningar, så gasen breder ut sig och fyller hela utrymmet den får tillgång till.

Temperaturen hos ett ämne hänger direkt ihop med hur snabbt partiklarna rör sig: ju varmare ämnet är, desto snabbare rör sig partiklarna i genomsnitt. Värmer du ett fast ämne vibrerar partiklarna allt kraftigare, tills de till slut rör sig så mycket att de lossnar ur sin ordnade struktur och ämnet blir flytande. Värms vätskan vidare rör sig partiklarna så snabbt att de helt lämnar varandra och sprider ut sig som gas.

Partikelmodellen förklarar också varför nästan alla ämnen utvidgas när de värms. Det är inte partiklarna själva som blir större. De rör sig mer och håller därför i genomsnitt ett större avstånd till sina grannar. Det är därför broar behöver fogar som kan glida, och varför vätskan i en termometer stiger i det smala glasröret när den blir varmare.

Det här lär du dig

Förklara att all materia består av partiklar i ständig rörelse
Beskriva skillnaden mellan fast, flytande och gasformigt ämne utifrån partiklarnas ordning och rörelse
Koppla temperatur till hur snabbt partiklarna rör sig
Förklara varför ämnen utvidgas när de värms upp

Begrepp att kunna

Partikel: En mycket liten byggsten av materia, till exempel en atom eller molekyl. Allt som finns är uppbyggt av ett enormt antal partiklar.
Fast ämne: Partiklarna sitter tätt packade i ett ordnat mönster och vibrerar kring fasta platser. Ämnet behåller därför sin egen form.
Vätska: Partiklarna är fortfarande nära varandra men kan glida förbi varandra. Vätskan flyter och antar formen av sin behållare.
Gas: Partiklarna är långt ifrån varandra och rör sig fritt i alla riktningar. Gasen breder ut sig och fyller hela det tillgängliga utrymmet.
Utvidgning: Att ett ämne blir större i volym när det värms, eftersom partiklarna rör sig mer och i genomsnitt håller längre avstånd till varandra.

Vanliga svårigheter

Tror att partiklarna i ett fast ämne står helt stilla

Partiklarna i ett fast ämne rör sig alltid, de vibrerar bara kring en fast plats i stället för att flytta sig fritt. Ju varmare ämnet blir, desto kraftigare vibrerar de, tills rörelsen till slut blir så stor att de lossnar helt från sin ordnade plats och ämnet smälter.

Tror att det är partiklarna själva som växer när ett ämne utvidgas

Varje enskild partikel behåller sin egen storlek när ett ämne värms. Det som ökar är i stället det genomsnittliga avståndet mellan partiklarna, eftersom de rör sig mer och tar mer plats i sin rörelse. Summan av alla dessa små avstånd gör att hela ämnet blir något större.

Tror att tomrummet mellan partiklarna betyder att inget alls kan påverka dem där

Mellan partiklarna finns inget annat material, inte ens luft, men det finns krafter som drar dem mot varandra, särskilt tydligt i fasta ämnen och vätskor. Dessa krafter är en del av förklaringen till varför partiklar i en vätska håller ihop i en droppe, medan gaspartiklarna rör sig så snabbt och är så långt från varandra att krafterna inte kan hålla ihop dem, och därför sprider sig fritt i hela rummet.

I verkligheten

Broar har fogar mellan sektionerna, och äldre järnvägsräls lades med små glipor mellan rälsbitarna

När metallen värms upp av solen rör sig partiklarna mer och håller ett något större inbördes avstånd, så hela rälsen eller brospannet blir längre. Fogarna ger plats för denna utvidgning, så att materialet inte buktar eller spricker.

Vätskan i en gammal glastermometer stiger när den blir varmare

Partiklarna i vätskan rör sig mer vid högre temperatur och tar därför upp lite mer volym. Eftersom glasröret är smalt syns denna lilla volymökning tydligt som att vätskepelaren stiger uppåt längs en skala.

Tips

Rita tre små rutor sida vid sida och fyll dem med prickar som visar fast, flytande och gas: prickar i ett strikt rutnät som vibrerar på plats, prickar tätt ihop men huller om buller, och få prickar långt isär med rörelsepilar i alla riktningar.
Håll ett metalllock under varmt vatten nästa gång det sitter hårt fast på en burk, och lägg märke till att det lossnar lättare. Koppla sedan upplevelsen till att partiklarna i metallen fick mer rörelse och större inbördes avstånd.
När du läser om ett fenomen, fråga dig alltid: rör partiklarna sig mer eller mindre här, och ändras deras inbördes avstånd eller bara deras ordning? De två frågorna löser nästan varje uppgift om partikelmodellen.

Testa dig själv

1. Varför behåller en järnklump sin form, medan samma mängd vatten antar formen av vilken behållare det hälls i?

I järnklumpen sitter partiklarna i ett ordnat mönster och vibrerar bara kring sina egna platser, så de håller kvar sina positioner i förhållande till varandra. I vattnet kan partiklarna glida förbi varandra trots att de fortfarande är nära ihop, vilket gör att vätskan flyter och fyller den form den hälls i.

2. Ett metalllock på en glasburk sitter fast, men lossnar om du håller det under varmt vatten en stund. Förklara med partikelmodellen.

Det varma vattnet gör att partiklarna i metalllocket rör sig mer och i genomsnitt håller ett större avstånd till varandra, så locket utvidgas något mer än glaset under det. Den lilla extra vidden räcker för att locket ska gå lättare att vrida loss.

3. Varför går det mycket lättare att trycka ihop en gas i en spruta än att trycka ihop samma mängd vatten?

I en gas är partiklarna långt ifrån varandra med mycket utrymme mellan sig, så de kan tvingas närmare varandra utan att egentligen ta slut på plats. I vatten ligger partiklarna redan tätt packade, så det finns nästan inget extra utrymme kvar att trycka bort innan partiklarna möter varandra.

Ur kursplanen

Fysik åk 7–9 · Fysiken i naturen och samhället
Partikelmodell av materiens egenskaper samt fasövergångar, tryck, volym, densitet och temperatur.

Källa: Skolverket, centralt innehåll.

Bygger på

Fasomvandlingar

Träna vidare – gratis

Det här ämnet har inga egna träningsuppgifter än. De här närliggande ämnena har lösta exempel och uppgifter som anpassar sig efter dig: