Движение молекул [Борис Борисович Кудрявцев] (fb2) читать постранично, страница - 5

что тогда доля молекул со скоростями, значительно отличающимися от средней, будет невелика. Но даже в очень небольшом количестве газа, например в объ'ёме, равном булавочной головке, содержится такое громадное число молекул, которое исчисляется единицей с 16 нулями. Поэтому во всех практических случаях можно без существенной ошибки считать, что все молекулы движутся с одной и той же средней скоростью.

Рис. 4. Распределение солдат по росту.

Какова же величина средней скорости движения молекул газа?

У разных газов она различна.

Самые быстрые молекулы — молекулы лёгкого газа водорода. Медленнее движутся молекулы кислорода. Ещё медленнее — молекулы углекислоты, тяжёлого газа, образующегося при многих химических превращениях, и, в частности, при горении.

При обычной температуре молекула водорода пробегает около 2 километров в секунду, то-есть около 7000 километров в час (рис. 5). Молекулы кислорода совершают за 1 секунду путь около 500 метров, то-есгь около 1800 километров в час. Скорость движения молекул углекислоты — 1200 километров в час. Ещё медленнее движутся молекулы некоторых сложных веществ. Например, молекулы вещества, называемого карбонилом никеля, проходят за час меньше 600 километров. Такую молекулу легко обгонит современный самолёт.

Эти цифры вызывают законное удивление. В самом деле, молекулы водорода, двигаясь беспрепятственно, облетели бы вокруг Земли по экватору всего за 6 часов. Даже медленная молекула углекислоты совершила бы это путешествие меньше чем за двое суток.

С другой стороны, мы знаем, как медленно распространяются запахи. Так, если на некотором расстоянии от нас разольют бензин, то необходимо некоторое время для того, чтобы запах дошёл до нас. Но ведь скорость распространения запаха — это и есть как будто скорость движения молекул пахучего вещества в воздухе. Как же примирить быстрое движение молекул, проходящих сотни метров в секунду, с медленным распространением запаха?

«Очевидно, что отдельные атомы воздуха, взаимно приблизившись, сталкиваются с ближайшими… вторые атомы, друг от друга отпрыгнув, ударились о более близкие к ним и снова отскочили; таким образом, непрерывно отталкиваемые друг от друга частыми взаимными толчками, они стремятся рассеяться во все стороны, писал М. В. Ломоносов.

Рис. 5. При обычных температурах молекулы водорода движутся быстрее самолёта и поезда.

Соударение молекул! Вот в чём причина медленного распространения запаха. Хотя молекулы газов и движутся с очень большими скоростями, они проходят без соударения только очень короткие пути — миллионные доли сантиметра.

Соударения резко изменяют направление движения молекул и придают их путям очень замысловатую форму (см. рисунок на обложке).

Таким образом., двигаясь очень быстро, но непрерывно меняя направление своего движения, молекулы как бы „толкутся“ на месте. В этом суетливом движении молекулы медленно перемещаются вперёд.

4. Что такое теплота

В обычной жизни мы различаем тела тёплые и тела холодные. Но что же такое теплота?

"Очень хорошо известно, — говорил Ломоносов, — что теплота возбуждается движением: от взаимного трения руки согреваются, дерево загорается пламенем, при ударе кремня об огниво появляются искры; железо накаливается докрасна от проковывания частыми и сильными ударами, а если их прекратить, то теплота уменьшается…".

Движение молекул — вот истинное объяснение теплоты, вот что предложил Ломоносов вместо излюбленной в его время "невесомой материи теплоты"!

Новизна и революционность мысли Ломоносова вызвали яростные нападки со стороны большинства зарубежных учёных.

Наиболее талантливые современники поняли и оценили значение идей Ломоносова, но официальная зарубежная наука в лице академий и университетов их отвергла. Гениальный математик, член Петербургской Академии наук Леонард Эйлер, которому Ломоносов послал свои сочинения, писал о его работах, что "они не токмо хороши, но и весьма превосходны, ибо он пишет о вопросах физических и химических весьма нужных, которых поныне не знали и истолковать не могли самые остроумные люди. Желать должно, чтобы и другие Академии в состоянии были произвести такие откровения, какие находил г. Ломоносов".

Часто о тепле и холоде мы судим по нашим ощущениям. Однако такое суждение очень неточно. В самом деле, когда мы заходим с мороза в комнату, даже плохо натопленную, нам кажется, что в ней тепло. Когда же мы утром встаём из тёплой постели, в той же комнате нам кажется холодно.

Можно проделать ещё такой опыт: взять три чашки, наполнить первую холодной водой, вторую тёплой и третью горячей. Если теперь вы опустите правую руку в чашку с горячей водой, а левую в чашку с холодной и, подержав их там некоторое время, перенесёте обе руки в чашку с тёплой водой, то по ощущению