Учебник для 6 класса

ФИЗИКА

§ 13. Тепловое движение частиц

Мы уже знаем, что все вещества состоят из мельчайших частиц — атомов, молекул. Как ведут себя частицы вещества? Для получения ответа проведем опыт. В стаканы с теплой и холодной водой бросим по 2—3 кристаллика марганцовки (перманганата калия). Уже через несколько минут мы увидим, как вода постепенно окрашивается в розовый цвет (рис. 82, а). Причем в теплой воде окрашивание идет быстрее (рис. 82, б). О чем говорят результаты опыта?

Рис. 82

1. Розовый цвет воды указывает на то, что марганцовка растворяется в воде.
2. Окрашивание идет по всем направлениям, значит, молекулы марганцовки и воды сталкиваются между собой и движутся беспорядочно (хаотически).
3. Окрашивание воды в стакане с теплой водой идет быстрее. Это означает, что в теплой воде хаотическое движение молекул и столкновения более интенсивны, чем в холодной.
4. Перемешивание веществ, проникновение их друг в друга указывает на то, что между молекулами есть расстояния.

Явление взаимного проникновения веществ друг в друга называют диффузией.

Беспорядочное движение частиц вещества, зависящее от степени его нагретости, называют тепловым. Хаотически движутся молекулы в газах (рис. 83). Движение молекул в жидкостях и твердых телах отличается от движения в газах, но тоже хаотично. Доказательством тому — диффузия.

Рис. 83

Сидя в своей комнате, мы очень быстро по запаху пищи определяем, что готовит мама на кухне. Распространение запахов — это пример диффузии. В газах она идет быстрее, чем в жидкостях. Например, если бросить в стакан с водой кусочек сахара, то через некоторое время сахар растворится, и вся вода станет сладкой. Но на это потребуется время (20—30 мин). Очень медленно идет диффузия в твердых телах. Нужны годы, чтобы частицы одного твердого тела проникли в другое.

Следует отметить огромную роль диффузии в природе и технике. В неживой природе — это непрерывное перемешивание газов в земной атмосфере, не позволяющее более тяжелым газам собираться в низинах. Это минерализация воды, т. е. растворение в ней различных неорганических (минеральных) веществ. Чистая, без этих веществ (дистиллированная), вода совершенно безвкусна и мало полезна для постоянного употребления в пищу. Важна диффузия при переносе питательных веществ и кислорода в растениях и других организмах. Путем диффузии осуществляется газообмен в легких и тканях животных. Кислород, содержащийся в воздухе, поступает в кровь, которая доставляет его к клеткам. Углекислый газ из клеток выделяется в кровь, а затем в окружающую среду. В технике диффузия используется для получения металлов с заданными свойствами. В первую очередь это стали и сплавы алюминия, широко применяемые в авиации. На диффузии основаны процессы пайки, сварки (рис. 84), склеивания материалов, метод обогащения урана — топлива для атомных электростанций и др.

Рис. 84

Диффузия — только одно из явлений, подтверждающих хаотическое движение частиц вещества. Но есть и другие доказательства, с которыми вы познакомитесь в 8-м и 10-м классах.

Подумайте и ответьте

1. Какие явления доказывают, что частицы вещества хаотически движутся?
2. Почему хаотическое движение молекул (атомов) называют тепловым?
3. Как экспериментально доказать, что хаотическое движение молекул зависит от температуры?
4. Согласно теоретическим расчетам ученых молекулы газов движутся, как правило, со скоростями несколько сот метров в секунду. Почему же в воздухе запахи духов, цветов или бензина распространяются с гораздо меньшими скоростями?

Сделайте дома сами

В два одинаковых стакана до половины налейте подкрашенный соком свеклы водный раствор соли. Сверху по стенке осторожно налейте чистой воды. Поставьте один стакан в холодильник, другой — на стол в комнате. Сделайте вывод, периодически наблюдая за цветом жидкости в стаканах, как скорость диффузии в жидкости зависит от температуры.

Интересно знать!

Рассматривая под микроскопом пыльцу растений, английский ботаник Роберт Броун обнаружил беспорядочное и непрерывное движение ее частиц. Не зная, как объяснить увиденное, ученый решил, что частицы пыльцы живые. Броун провел опыт, взяв вместо пыльцы мелко истолченную глину. Все повторилось, как и в случае с пыльцой. Частички покрупнее двигались медленно, реже меняя направление движения. Мелкие частички двигались быстро, беспорядочно меняя направление из стороны в сторону. Кроме того, исследуя явление, Броун обнаружил, что в горячей воде частички движутся быстрее, чем в холодной.

Броун так и не смог объяснить причину физического явления, которое позже получило название броуновского движения. Но несмотря на это ботаник Броун прочно вошел в историю физики.

Позднее причина броуновского движения была точно установлена. Молекулы жидкости, двигаясь хаотично, ударяют со всех сторон по частичкам твердого тела. Различное число ударов с разных сторон заставляет частицы непрерывно и беспорядочно двигаться.

Броуновское движение экспериментально подтверждает реальность существования молекул и их движение.