Физическое состояние — это физическая форма, в которой материя существует при определенных термодинамических условиях (т. е. при температуре и давлении). Каждое из состояний характеризуется различными физическими свойствами. В простейшем делении различают четыре агрегатных состояния: твердое, жидкое, газообразное и плазменное. Есть также много промежуточных состояний, таких как жидкие кристаллы и те, которые возникают в экстремальных условиях, таких как кварковая плазма. В зависимости от деления можно выделить от нескольких до даже 500 различных агрегатных состояний.
Так, как подготовка к ЕГЭ по физике с репетитором проходит на определенном уроыне, то стоит понимать, что переходы между отдельными фазами, связаны с измеримым изменением энтропии данной материи, что доказывает перестройку строения составляющих ее молекул.
Материя в виде твердого тела имеет постоянный объем и форму, а составляющие ее молекулы, атомы или ионы плотно упакованы. Межмолекулярные связи в твердых телах настолько прочны, что препятствуют свободному движению молекул. Они могут колебаться, например, под действием тепловой энергии, что в случае металлов наблюдается как тепловое расширение — вибрируя, частицы увеличивают расстояние между собой, что приводит к незначительному изменению объема тела.
Термин твердое тело на самом деле охватывает несколько типов агрегатных состояний. К твердым телам относятся фазы с сильно организованной структурой, т. е. кристаллическая фаза, пластичные кристаллы, кондикристаллы и квазикристаллы, а также аморфная фаза без определенной структуры. Пластические кристаллы характеризуются тем, что, несмотря на прочные межмолекулярные связи, образующие их молекулы обладают способностью вращаться вокруг собственной оси. Молекулы кристаллов кондиса могут менять свою конформацию, а квазикристаллы имеют упорядоченную структуру, но порядок нерегулярный. Аморфная фаза, хотя и имеет видимые черты твердого тела, по молекулярной структуре больше похожа на жидкость. Частицы, выстраивающие такую структуру, не образуют регулярной сети, они расположены хаотично, но прочность межмолекулярных связей удерживает их на месте. Аморфные фазы часто называют бесконечно вязкими жидкостями или застывшими жидкостями.
Прикладывая к твердому телу перерезывающую силу, можно вызвать в нем напряжения и обратимое или необратимое изменение формы, которое зависит от величины приложенной силы и упругости самого тела.
Жидкая фаза имеет постоянный объем (так же, как и твердая фаза несжимаема), но не имеет определенной формы — жидкость принимает форму сосуда, в котором она находится. Межмолекулярные взаимодействия достаточно сильны, чтобы удерживать молекулы близко друг к другу, но достаточно слабы, чтобы позволить им свободно двигаться, что проявляется в текучести жидкости. Межмолекулярные связи, возникающие в жидкостях, представляют собой силы Ван-дер-Ваальса, водородные связи и дипольные взаимодействия. В жидкостях дальнего порядка молекул не наблюдается. Жидкости вместе с газами из-за их способности течь называются жидкостями.
В жидкой фазе, как и в твердой фазе, можно выделить несколько отдельных агрегатных состояний, например сверхтекучую фазу или жидкие кристаллы. Для сверхтекучей фазы характерно полное отсутствие вязкости. Это состояние является результатом некоторых квантовых явлений, происходящих в жидкостях с очень низкой температурой (близкой к абсолютному нулю). Жидкие кристаллы сочетают в себе черты жидкости (способность течь) и твердого тела (наличие дальнего порядка).
Важными характеристиками жидкости являются такие параметры, как вязкость, характеризующая внутреннее трение между движущимися слоями жидкости, и поверхностное натяжение, создаваемое в результате действия межмолекулярных сил.
Газовая фаза среди упомянутых до сих пор характеризуется наибольшей неупорядоченностью вещества. Благодаря очень слабым межмолекулярным взаимодействиям (слабее кинетической энергии самих частиц) молекулы и атомы газовой фазы свободно перемещаются. Столкновения между частицами упругие. Все газы отличаются высокой сжимаемостью и, как и жидкости, не имеют определенной формы — они плотно заполняют сосуд, принимая таким образом его форму.
Интересным явлением является сверхкритическое состояние, возникающее после превышения давления и температуры критической точки (точки перехода физической системы из одного агрегатного состояния в другое). Обладает промежуточными свойствами между жидкостью и газом — граница между этими двумя фазами размыта.
Плазма, как и газ, не имеет определенного объема и формы, и составляющие ее частицы свободно перемещаются. Однако, в отличие от газовой фазы, плазма проводит электричество и генерирует магнитное поле. Восприимчивость плазмы к электромагнитным силам обусловлена ее структурой — она состоит из сильно ионизированных атомов или молекул и свободных электронов. Молекулы, входящие в состав плазмы, обладают очень большой энергией, поэтому столкновения между ними не являются упругими и приводят к ионизации или возбуждению. Превращение газа в плазму может происходить под воздействием экстремально высоких температур или огромной разницы электрического напряжения между двумя точками пространства. Плазма присутствует в в ядрах звезд. Более того, можно различать кварковую и нейтронную плазму, состоящую из кварков и нейтронов соответственно.
