Физика

Предыдущая страница Физика Следующая страница

Учебник для 7 класса

§ 6.1. Движение молекул

Броуновское движение

Вечная «пляска» плавающих частиц. Однажды — было это в Англии в 1827 году — ботаник Роберт Броун разглядывал в микроскоп плавающие в воде крошечные частицы цветочной пыльцы. И вдруг он заметил, что эти частицы пребывают в непрестанной беспорядочной «пляске» (рис. 6.1).

Броуновское движение

Рис. 6.1. На этой фотографии, сделанной с помощью микроскопа, отрезками соединены точки, отмечающие положение одной «броуновской» частицы через каждую минуту. В промежутках между этими положениями частица двигалась также по запутанной ломаной линии

Ученый предположил, что частицы пыльцы движутся потому, что они живые. Желая проверить это предположение на опыте — Броун следовал научному методу, — ученый заменил частицы пыльцы частичками сажи. Но и они «плясали» без устали.

Значит, для объяснения загадочного движения частиц, которое назвали броуновским движением, нужна была новая гипотеза. Но ни сам Броун, ни другие ученые не могли тогда ее предложить.

Чем объясняется броуновское движение? Новую гипотезу подсказало наблюдение: ученые заметили, что чем меньше плавающие в воде частицы, тем быстрее они движутся.

Тогда возникло предположение, что броуновское движение обусловлено ударами молекул воды, которые непрестанно хаотически движутся. Молекулы воды ударяют по плавающей частице с разных сторон, из-за чего частица получает толчки то в одну, то в другую сторону. Вызванное этими толчками движение частицы тем заметнее, чем меньше частица, — подобно тому, как удары волн качают лодку, но нечувствительны для большого корабля.

Теория броуновского движения, основанная на предположении, что оно обусловлено ударами молекул, была создана в начале 20-го века. Следствия этой теории подтвердились на опыте, благодаря чему броуновское движение стало опытным подтверждением молекулярного строения вещества и движения молекул.

Опыты показали также, что при нагревании интенсивность броуновского движения увеличивается. Это означает, что при повышении температуры скорость хаотического движения молекул возрастает.

Поэтому хаотическое движение молекул называют тепловым движением.

Интенсивность теплового движения молекул по нашим обычным меркам настолько велика, что трудно поддается воображению. Некоторое представление об этом вы сможете получить, прочитав раздел «Буря в стакане воды».

Диффузия

Существуют и другие явления, указывающие на движение молекул. Рассмотрим одно из них.

Поставим опыт

Нальем в высокий стеклянный сосуд голубой водный раствор медного купороса (сульфата меди). Поверх этого раствора очень осторожно — так, чтобы не смешать две жидкости, — нальем чистую воду. Граница раздела жидкостей сначала будет резкой (рис. 6.2, а).

Диффузия в жидкости

Рис. 6.2. Диффузия в жидкости

Оставим сосуд в покое и будем наблюдать за ним в течение нескольких дней. Мы заметим, что граница раздела жидкостей начнет постепенно размываться (рис. 6.2, б, в), а через несколько недель вся жидкость в сосуде будет равномерно окрашена в бледно-голубой цвет (рис. 6.2, г). Это доказывает, что молекулы медного купороса постепенно проникают в воду, а молекулы воды — в медный купорос. Отсюда следует, что молекулы жидкости беспрестанно движутся.

Взаимное проникновение частиц одного вещества в другое, обусловленное движением молекул, называют диффузией (от лат. «диффузио» — распространение, растекание).

Диффузия также является опытным подтверждением движения молекул.

Опыты показывают, что диффузия происходит не только в жидкостях, но и в газах, а также в твердых телах. Это означает, что молекулы всех тел находятся в беспрестанном хаотическом движении.

Диффузия играет большую роль в дыхании и питании живых организмов. Так, именно благодаря диффузии кислород проникает в клетки живых существ, а из них выделяется углекислый газ.

С какими скоростями движутся молекулы? В начале 20-го века ученые смогли измерить на опыте скорость хаотического (теплового) движения молекул. Результат удивил многих: оказалось, например, что в окружающем нас воздухе молекулы носятся со скоростью ружейных пуль (сотни метров в секунду).

Почему же мы не ощущаем своей кожей ударов молекул? А мы их ощущаем! Но так как молекулы чрезвычайно малы, а их удары — очень и очень частые, «барабанную дробь» ударов молекул мы ощущаем как постоянное давление воздуха. Подробнее об этом рассказано в § 19. Давление жидкостей и газов. Закон Паскаля.

Рейтинг@Mail.ru