07-в. Движение частиц веществ
§ 07-в. Движение частиц веществ
В предыдущем параграфе мы обсудили два опыта, иллюстрирующих справедливость первого основного положения МКТ. Теперь рассмотрим опыты, иллюстрирующие второе основное положение молекулярно-кинетической теории.
Броуновское движение. В 1827 г. британский учёный Р.Броун, изучая растения при помощи микроскопа, обнаружил необычное явление. Плавающие на воде споры (мелкие семена некоторых растений) скачкообразно двигались без видимых на то причин (см. рисунок). Броун наблюдал это движение несколько дней, однако так и не смог дождаться его прекращения. Броун понял, что имеет дело с неизвестным науке явлением, поэтому очень подробно его описал. Впоследствии это явление учёные-физики назвали по имени первооткрывателя — броуновским движением.
Объяснить броуновское движение невозможно, если не предположить, что молекулы воды находятся в беспорядочном, никогда не прекращающемся движении. Они сталкиваются друг с другом и с другими частицами. Наталкиваясь на споры, молекулы вызывают их скачкообразные перемещения, что Броун и наблюдал в микроскоп. А поскольку молекулы в микроскоп не видны, движение спор и казалось Броуну беспричинным.
На этом рисунке — модель броуновского движения. Множество мелких шариков символизируют собой молекулы воды, а большой шар — спору. Количество ударов шариков о шар слева и справа, сверху и снизу, спереди и сзади не всегда одинаково. Под действием «перевеса» ударов с какой-нибудь стороны шар будет перескакивать на новое место.
Диффузия. Для наблюдения явления диффузии бросим несколько крупинок краски в высокий сосуд с водой, и они опустятся на дно. Вскоре вокруг них образуется облачко окрашенной воды. Оставим сосуд в покое на несколько недель в прохладной комнате. Наблюдая за сосудом всё это время, мы обнаружим постепенное распространение окраски по всей высоте сосуда.
Как объясняется диффузия? Частицы веществ, беспорядочно двигаясь, проникают в промежутки друг между другом, что и означает самостоятельное смешивание веществ — диффузию.
Запах духов или бензина довольно быстро распространяется по комнате или гаражу. Так происходит потому, что духи и бензин испаряются — переходят в газообразное состояние, а диффузия в газах происходит быстро: за секунды-минуты. Заметно медленнее диффузия идёт в жидкостях: недели–месяцы, а в твёрдых телах — очень медленно: годы–столетия.
Скорость движения частиц и температура. При проведении опытов замечено, что в тёплой комнате диффузия происходит быстрее. Например, на солнечном подоконнике диффузия краски в воду завершается заметно раньше (см. рисунки). Кстати, при повышении температуры броуновское движение также ускоряется.
Как же объяснить ускорение этих явлений? Объяснение одно: повышение температуры тела приводит к увеличению скорости движения всех составляющих его частиц.
Итак, каковы же выводы из опытов? Самостоятельное движение частиц веществ происходит при любой температуре. Однако при повышении температуры движение частиц ускоряется, что приводит к возрастанию их кинетических энергий (см. § 5-д). В результате эти более «энергичные» частицы ускоряют протекание диффузии, броуновского движения и других явлений, например, испарения и растворения.