Курс фізікі, ч. II
Памер: 223с.
Мінск 1958
96
унутры закрытай з усіх бакоў кюветы яго можна назіраць заўсёды;
у любы час дня, улетку і ўзімку; яго можна назіраць на працягу многіх дзён, месяцаў, гадоў. Ён цесна звязан з цеплавым станам
вадкасці: з павышэннем тэмпературы інтэнсіўнасць броунаўскага руху
ўзрастае.
Што ж з’яўляецца прычынай броунаўскага руху?
Адзінай прычынай броунаўскага руху з’яўляецца ніколі не спыняючыйся рух малекул таго асяроддзя (вадкасці або газу), у якім знаходзяцца частачкі.
Вадкасць толькі здаецца пад мікраскопам суцэльнай, на самай жа справе яна не з’яўляецца такой, а складаенца з асобных бязладна рухаючыхся малекул, значна больш дробных, чым частачкі ў броунаўскім руху Малекулы пры сваім руху ўдараюцца аб такія частачкі, зрушваюць іх з месца і такім чынам ускосна выяўляюць сябе. Ясна што рухаючыяся малекулы вадкасці штурхаюць частачку адначасова з усіх бакоў; але паколькі
рух малекул зусім бязлад Рыс. 120 Траекторыі руху частачак у броунаўскім ны (хаатычны), то частач руху. Светлымі кружочкамі адзначаны месцазнака. відавочна, можа атры ходжанні частачак праз кожныя 30 секунд. маць то з аднаго боку
большы лік удараў, то з другога, што і прымушае яе рухацца па зігзагападобнай граекторыі (рыс 120)
Цела звычайных, г. зн дастаткова вялікіх, размераў, змешчанае ў вадкасць (або газ), таксама адчувае штуршкі з боку рухаючыхся малекул вадкасці (або газу) Але лік штуршкоў настолькі вялікі, што параўнальна невялікая розніца ў ліку іх, якая выпадкова можа ўзнікнуць з аднаго боку цела, не зможа прывесці яго ў рух; такое цела ў вадкасці застаецца ў спакоі Чым меншае цела, тым менш штуршкоў яно адчувае. Для мікраскапічных частачак, назіраемых у броунаўскім руху. лік штуршкоў, якія яны адчуваюць, ужо не так вялікі. таму перавага то аднаго, то другога напрамку здараецца пастаянна, і частачка рухаецца з боку ў бок.
Трэба добра ўразумець сабе, што назіраемая ў броунаўскім руху частачка змяшчае ў сабе мільёны малекул; таму яе бязладны рух не з’яўляецца ўласна малекулярным рухам. Мы не можам
7 A. В. Пёрышкін. Курс фізікі, ч. II
97
заўважыць штуршкоў асобнай малекулы, а назіраем толькі выпадковае пераважанне штуршкоў малекул у адным якімнебудзь напрамку.
Найбольш падрабязна броунаўскі рух быў вывучан на доследзе французскім вучоным Перэнам. Уяўленне аб хаатычным характары броунаўскага руху дае адзін з рысункаў атрыманых Перэнам (рыс 120). ІІа гэтым рысунку адзначана становішча адной і тоіі жа частачкі
Рас. 121. ^гтаноўка для назірання дыфузі' вадкасцей.
Рыс. 122. Дослед па назіранню дыфузіі пары эфіру ў паветры.
ў полі зроку мікраскопа праз кожныя 30 секунд; гэтыя стаповішчы злучаны прамымі лініямі, хоць у сапраўднасці і за гэтыя прамежкі часу частачка рабіла самыя бязладныя рухі
Вывучэнне броунаўскага руху мела вялікае значэнне ў развіцці навукі аб будове рэчыва, бо яно дало магчьімасць вучоным устанавіць важныя заканамернасці малекулярнага руху.
62. Дыфузія Калі ў сасуд, да палавіны запоўнены растворам меднага купаросу, асцярожна наліць чыстай вады паверх раствору, то спачатку атрымліваецца рэзка абазначаная паверхня падзелу AP паміж бясколернай вадой і сінім растворам (рыс. 12!) Але праз некаторы час можна заўважыць, як вада павольна пачынае сінець, паверхня падзелу робіцца не рэзкай, а праз доўгі час знікае.
У дадзеным доследзе мы сустракаемся з іювай фізічнай з’явай, якая носіць назву дыфузіі.
Дыфузія — гэта працэс узаемнага пранікнення аднаго ў другое розных рэчываў, прыведзеных у судакрананне.
Лёгка выявіць дыфузію ў газах. Напоўнім ураўнаважаную на вагах шклянку цяжкай парай эфіру. Шаля вагаў з парай эфіру перацягвае (рыс. 122). Праз некаторы час заўважаем, што вагі прыходзяць у стан раўнавагі, а ў пакоі адчуваецца пах эфіру. Значыць,
98
нягледзячы на тое, што пара эфіру цяжэйшая за паветра яна са шклянкі пранікла ў пакой.
Дыфузія выяўляецца не толькі ў вадкасцях і газах, але і ў цвёрдых целах. У адным з доследаў гладка адшліфавапыя пласцінкі свінцу і золата паклалі адну па другую і паставілі на іх груз. Пры звы* чаіінай пакаёвай тэ.мпературы (каля 20°С) за 5 гадоў золата і свінец зрасліся, узаемна пранікнуўшы адно ў другое на адлегласць у 1 см. Атрымауся слой з аднародпага сплаву золата са свінцом, хэць, вядома, ііі аб які л плаўленні гэтых металаў пры 20гС не магло б быць і гутаркі.
Вынікі апісаных доследаў лёгка тлумачацца пры дапамозе малекулярнакшетычнай тэорыі
Сапраўды, калі целы, што судакранаюнца, складаюцца з асобных малекул, якія бязладна рухаюцца, то натуральна, што гэтыя малекулы могуць пераходзіць праз мяжу судакранання цел, а гэта і ўяўляе сабой з’яву дыфузіі.
3 доследаў з дыфузіяй можна зрабіць таксама вывад аб тым, што ў целах паміж малекуламі ёсць свабодная прастора, у якую могуць пранікаць іншыя малекулы
Калі з’ява дыфузіі мае месца пры судакрананні розных рэчываў, то ў адным і тым жа газе або вадкасці павінна адбывацца тое ж самае. У выніку дыфузіі шчыльнасць газу ва ўсім аб’ёме выраўноўваецца.
Працэс дыфузіі паскараецца з павышэннем тэмпературы. Гэта можа быць растлумачана тым, шп> з павышэннем тэмпературы павялічваецна скорасць бязладнага руху малекул.
З’ява дыфузіі адыгрывае вялікую ролю ў прыродзе: яна спрыяе падтрыманню аднароднасці саставу атмасфернага паветра паблізу паверхні Зямлі. Дыфузія раствораў розных солей у глебе спрыяе нармальнаму жыўленню раслін
63. Аб зямной атмасферы. Як і ўсе целы, частачкі акружаючага нас паветра прыцягваюцца да Зямлі. Але чаму ж тады яны ўсе не ўпадуць на паверхню Зямлі? Чым растлумачыць наяўнасць ля Зямлі атмасферы ?
Толькі бесперапынным рухам малекул можна растлумачыць той факт, што, нягледзячы на сваю вагу, газы, якія змяшчаюцца ў атмасферы, не знаходзяцца на паверхні Зямлі, а размяркоўваюцца са шчыль* насцю, якая ўсё памяншаецца v досыць тоўстым слаі. дасягаючым некалькіх соцень кіламетраў. Такое размеркаванне газу ў атмасферы адбываецца пад уплывам, з аднаго боку, сілы цягацення, якая прыцягвае малекулы да Зямлі, з другога боку — руху малекул паветра, які раскідвае малекулы па ўсіх напрамках.
Сляды зямной атмасферы выяўлены па назіраннях палярных ззянняў па адлегласці 1100— 1300 км ад паверхні Зямлі. Больш 79% масы атмасферы знаходзіцца ў трапасферы — да вышыні 10— 16 км. Над ёю да вышыні 80 — 90 км распасціраецца стратасфера якая складае 20% усёй масы атмасферы. Яшчэ вышэй размешчана іёнасфера, якая змяшчае менш 0,5% масы атмасферы.
7* 93
64. Доследы, якія тлумачацца малекулярнакінетычнай тэорыяй. Змесцім пад каўпак паветранага насоса закрытую валейбольную камеру, у якой ёсць невялікая колькасць паветра. Мы заўважым, шго па меры выкачвання паветра зпад каўпака камера паступова раздзімаецца, прымаючы форму шара (рыс. 123а). Як растлумачыць вынік гэтага доследу^
Рухаючыяся малекулы паветра няспынна бамбардзіруюць сценкі камеры звонку і знутры. Пры адкачванні паветра зпад каўпака хутка памяншаецца лік малекул, бамбардзіруючых камеру звонку. Але ўнутры закрытай камеры лік малекул не змяняецца; іх уздзеянне на
Рыс. 123а. Пры выкачванні паветра зпад каўпака гумавая камера паступова раздзімаецца, прымаючы форму шара.
Рыс. 1236. Устаноўка для назірання дыфузіі свяцільнага газу або вадароду ў паветры.
сценку камеры ўсё больш і больш перавышае ўздзеянне знадворных малекул; у выніку камера раздзімаецца.
Дослед паказвае, што малекулы адрозніваюцца па сваіх размерах і масе.
Пры адной і той жа тэмпературы і пры адным і тым жа ціску малекулы з меншай масай рухаюцца хутчэй, чым малекулы больш масіўныя. Гэты вывад можна пацвердзіць на наступным доследзе.
Да порыстага сасуда А прымазана лейка, злучаная з манометрам М. Калі гэты сасуд змясціць пад шклянку В і напоўніць апошні свяцільным газам (або вадародам), то ціск унутры сасуда павышаецца (рыс. 1236). Гэта адбываецца ў выніку таго, што свяцільны газ, малекулы якога маюць меншую масу і ўладаюць большай рухомасцю, чым малекулы кіслароду і азоту, пранікае праз поры сасуда хутчэй, чым з яго выходзіць паветра. Калі праз некаторы час зняць з порыстага сасуда шклянку В са свяцільным газам, то ціск унутры сасуда пачынае спадаць і становіцца меншым за атмасферны ціск. Цяпер свяцільны
100
газ хутчэіі выходзіць з порыстага сасуда, чым паветра звонку ўваходзіць у яго.
65. Лік малекул у адзінцы аб’ёму рэчыва. Размеры малекул. У свеце малекул, або, як прынята гаварыць, у мікрасвеце, мы сустракаемся з вельмі вялікімі колькасцямі вельмі малых частачак. Рознымі спосабамі (яны вывучаюцца ў вышэйшай школе) знойдзена, што ў 1 см3 любога газу пры нармальных умовах (О° С і 760 мм рт. сл.) знаходзіцца каля 2,7 IO19 малекул.
Каб уявіць сабе, наколькі вялікі гэты лік, разгледзім наступныя прыкладй.
Уявім сабе ампулку ёмкасцю ў 1 см3. Дапусцім, што ампулка пустая. Якімнебудзь чынам зробім у ампулцы найтанчэйшую адтуліну, такую, каб праз яе ў 1 сек магло пранікаць унутр ампулкі па 100 млн. малекул паветра. Паўстае пыганне, колькі часу спатрэбіцца, каб такім шляхам напоўніць ампулку да нармальнай шчыльнасці?
Падлік паказвае, што для гэтага патрэбна будзе каля 9000 гадоў.
Другі прыклад. Калі ўзяць колькасць цаглін, роўную колькасці малекул у 1 м3 газу пры нармальных умовах, то, будучы шчыльна ўложанымі, гэгыя цагліны пакрылі б паверхню ўсёй сушы зямнога шара слоем вышьшёю ў 120 м, г. зн. вышынёй, перавышаючай амаль у 4 разы вышыню «0павярховага дома.
Велізарная колькасць малекул, якія змяшчаюцца ў 1 смл газу. указвае на вельмі малыя размеры саміх малекул. Нават у самы моцны мікраскоп мы не можам убачыць малекулу простага рэчыва1. Аднак існуюць разнастайныя спосабы, якія дазваляюць вызначыць парадак велічыні аб’ёму малекулы. Адзін з такіх спосабаў завлючаецца ў наступным. Калі выліць на паверхню вады ў якімнебудзь сасудзе малюсенькую кроплю масла, яна расцячэцца, утвараючы на вадзе найтанчэйшую плёнку Якой бы тонкай ні была гэтая плёнка, яна складаецца не менш чым з аднаго слоя малекул. Вызначыць таўшчыню гэтай плёнкі няцяжка. Дапусцім, што мы вылілі кропельку масла аб’ёмам 0,001 см3 на паверхню вады; пры гэтым аказалася, што, расцякаючыся, кропелька масла ўтварыла тонкую плёнку плошчай у 0,5 л2, г зн. 5 000 м2. Ведаючы аб’ём плёнкі (роўны аб’ёму кроплі) і велічыню яе паверхні, знойдзем таўшчыню плёнкі:
КНІГІ ОНЛАЙН
