Курс фізікі, ч. II
Памер: 223с.
Мінск 1958
, 0,001 см» о 1П_7
a = ™г 2 • 10 ' см.
5 000
Папярочнік адной малекулы на самай справе яшчэ мепшы. Дакладныя вымярэнні і разлікі паказваюць, што дыяметры малекул (калі прымаць іх за шары) — парадку двухтрох стомільённых долей сантыметра (каля IO* см).
Каб мець уяўленне аб парадку велічыні масы малекулы, разлічым масу малекулы вадароду.
1 Сучасныя электронныя мікраскопы дазваляюць адрозніць абрысы некаторых
складаных малекул, якія складаюцца з соцень атамаў.
101
Маса ўсіх малекул вадароду ў 1 см3 пры 0°С і ціску ў аДну атмасферу роўна 0,00039 г; падзяліўшы гэтую масу на агульны лік малекул, якія змяшчаюцца ў 1 см3, знойдзем масу адной малекулы:
тн2 =
0.00009 г
2,7101’
3,3 ю24
г.
66. Скорасць руху малекул. Скорасць руху газавых малекул уожна вымераць на доследзе.
Адзіп з такіх доследаў закліочаецца ў наступным. У моцна адкачаным сасудзе знаходзіцца плацінавы пасярэбраны дроцік РР (рыс. 124, а), які акружан двума цыліндрамі А і В так. што з’яўляецца іх агульнай воссю, вакол якой цыліндры
могуць вярцецца.
Ва ўнутраным цыліндры А паралельна дроціку прарэзана вузкая шчыліна S. Плацінавы дроцік напальваюць электрычным токам да тэмпературы, пры якой серабро пачынае плавіцца і выпарацца. Пры гэтым некаторыя малекулы серабра
пралятаюць праз шчыліну і адкладваюцца
Рыс. 124. Схема ўстаноўкі для вызначэння скорасці руху малекул
на знадворным цыліндры ў выглядзе сярэбранай палоскі L (рыс. 124, б), якая ўяўляе сабой выразнае ізабражэнне шчыліны.
Затым абодва цыліндры прыводзяцца ў вярчэнне ў напрамку, паказаным стрэлкай. Пасля спынення цыліндраў аказваецца, што сярэбраная палзска L, якая адклалася на знадворным цыліндры В у час яго руху, зрушылася ў бок, працілеглы вярчэнню прыбора у становішча L,.
Гэтае зрушэнне тлумачыцца тыч што, пакуль малекулы серабра прабягалі адлегласць ад шчыліны S да знадворнага цыліндра, адбылося зрушэнне цыліндра на адлегласць LLt (рыс. 124 б)
Чым большая скорасць вярчэння цыліндраў, тым большае атрымліваецца зрушэнне. Ведаючы адлегласць на якую зрушваецца палоска серабра, і скорасць вярчэння цыліндраў, можпа
вызначыць скорасць руху малекул
Сярэбраная палоска L, якая атрымліваецца ў час вярчэння цыліндраў, па краях размыта. Найбольш шчыльнай аказваецца сярэдняя частка яе, па абодва ж бакі
шчыльнасць яе крыху памяншаецца
Гэты факт паказвае на тое. што пры адной і той жа тэмпературы розныя малекулы аднаго і таго ж рэчыва маюць розныя скорасці. хоць большасць малекул, якія адклаліся ў сярэдняй частцы палоскі маюць скорасці. блізкія па велічыні адна да другой.
3 доследу знойдзена, што пры тэмпературы 1200° (напал ніці) скорасць большасці малекул серабра знаходзіцца ў межах ад 500 ^ да 625 ^
Неыагчыма прадказаць, якую скорасць і як' напрамак будзе мець тая ці іншая малекула. Але цікава тое, што ў велізарнай масе малекул газу, якія хаатычна рухаюцца. існуе пэўнае размеркаванне малекул па скорасцях. Аказваецца. што найбольшы лік малекул, змешчаных у дадзеным аб’ёме газу, рухаецца са скорасцямі, блізкім' да некаторай скорасці, якую называюць найверагоднейшай скор а с ц ю пры дадзенай тэмпературы газу
Ніжэй у табліцы прыведзена размеркаванне малекул азоту па скорасцях пры лакаёвай тэмпературы.
102
Межы скорасцей Працэнт агульнага ліку
/ м \ малекул, маючых скорасці,
1 v янія зпахсдзяцца ва
1 сек / ўказаных межах
Менш 100 1
Ад 100 да 300 25
» 300 » 500 42
» 500 » 700 24
» 700 » 900 7
Звыш 900 1
3 табліцы відаць, што найбольшы лік малекул маюць скорасці ў межах м м
ад 300 да 500 паміж 100 і 700 заключаны скорасці 91% ліку ўсіх
м м
малёкул, і толькі 9% маюць скорасці большыя за 700—— і меншыя за 100—гТакім чынам, і ў вельмі вялікаіі колькасці выпадковых з’яў можа існавань пзўная заканамернасць.
Сярэднія скорасці малекул некаторых газаў пры 0 С і 760 мм рт. сл.
Вадарод............. 1692^.
Кісларод ....... 425 —.
Азот........................
Вадзяная пара .............
454
566
м
сек
м
сек'
Пры павышэнні тэмпературы скорасці малекул узрастаюць. А.іе і пры 0° скорасці гэтыя велізарныя, яны параўнальны толькі са скорасцямі артылерыйскіх снарадаў.
67. Лік сутыкненняў і сярэдняя даўжыня свабоднага прабегу малекул. Сярэдняя скорасць руху малекул, як мы бачылі, пры звычайных умовах надзвычай вялікая. Між тым назіранні за дыфузіяй паказваюць, што гэтая з’ява нават у газах, частачкі якіх найбольш рухомыя, працякае параўнальна павольна.
Вядома, напрыклад, што калі выліць дзенебудзь у пакоі духі, то пах ад іх. які выклікаецца выпарэннем і дыфузіяй духоў у паветра, не вельмі хутка распаўсюдзіцца па ўсім пакоі.
Ці не абвяргае паволыіы працэс дыфузіі тое, што было сказана аб вялікіх скорасцях малекул? He, не абвяргае. Справа ў тым, што кожная малекула газу пры руху сустракаэ на сваім шляху велізарную колькасць сутыкненняў з іншымі малекуламі. Падлічана, што ў сярэднім кожная малекула азоту, напрыклад, пры 0 С і ціску ў 1 атмасферу ў 1 сек сутыкаецца з іншымі малекуламі каля 7,5 мільярда разоў. Таму яе «свабодны прабег», г. зн. сярэдняя даўжыня ш.іяху, праходзімага ад аднаго сутыкнення да другога, вельмі малы.
Мы знойдзем яго, калі падзелім сярэднюю скорасць малекулы на сярэднюю колькасць яе сутыкненняў. Так, напрыклад, сярэдняя даўжыня X свабоднага прабегу ыалекулы азоту будзе роўна:
см , 454'100^ X =j— 5= 0,000006 CM.
Такім чынам, малекула газу, які знаходзіцца ў звычайных умовах, болып «топчацца на месцы», чым рухаецца ўперад.
103
68. Сілы ўзаемадзеяння паміж малекуламі. Усякае цела складаецца з асобных атамаў або малекул. Але чаму ўсё ж цяжка аддзяліць, напрыклад, адну частку цвёрдага цела ад другой? Справа ў тым, што паміж асобнымі малекуламі дзейнічаюць сілы ўзаемнага прыцяжэння. Гэтыя сілы прыцяжэння (счаплення) аказваюць супраціўленне ўсякай спробе аддзяліць адну частку цела ад другой. Сілы прыцяжэння паміж малекуламі дзейнічаюць толькі на вельмі малых адлегласцях. Асколкі шкла нельга зрасціць, прыкладаючы іх адзін да другога, паколькі з прычыны' няроўнасцей не ўдаецца іх зблізіць на тую адлегласць, па якой пачынаюць праяўляцца сілы малекулярнага прыцяжэння. Але калі размякчыць шкло награваннем, то размякчоныя часткі можна цесна зблізіць, і шкло ў гэтым выпадку спайваецца.
Рыс. 125. Дослед, які паказвае паяўнасць сіл счаплення паміж малекуламі цвёрдага цела.
Рыс. 126. Пры судакрананні плітак Іягансана праяўляецца дзеянне сіл малекулярнага прыцяжэння.
Два кавалкі свіпцу, вельмі сціснутыя. адзін з другім, злучаюцца ў адзін кавалак так моцна, што можна на такі кавалак падзесіць груз у некалькі кілаграмаў (рыс. 125) Са свінцовых апілак можна лёгка спрасаваць цэлы кавалак свінцу.
На вытворчасці для вымярэнняў ужываюцца гладкія, адпаліраваныя стальныя пласцінкі (так званыя пліткі Іягансана). Пры судакрананні плітак Іягансана прыкметна праяўляецца дзеянне сіл малекулярнага прыцяжэння (рыс. 126).
Злучэнне двух кавалкаў металу пры дапамозе зваркі або спайкі іх тлумачыцца дзеяннем сіл малекулярнага прыцяжэння.
У цвёрдых целах малекулы збліжаны паміж сабой, таму сілы прыцяжэння паміж імі вельмі вялікія. Гэтым тлумачыцца, што цвёрдае цела захоўвае сваю форму і аб’ём. А каб змяніць іх, трэба прыкласці значную сілу.
Але і ў цвёрдых целах частачкі не з’яўляюцца нерухомымі: яны бязладна вагаюцца каля некаторых сярэдніх становішчаў.
У існаванні сіл счаплення паміж малекуламі вадкасці лёгка пераканацца на наступным доследзе.
Да спружынкі (рыс. 127) падвешваюць па нітцы шкляную пласцінку так, каб яе ніжняя паверхня была размешчапа гарызантальна. Калі гэтую пласцінку паднесці да сасуда з вадой так, каб вада змочвала пласцінку, то апошняя прыліпне да вады. Пры адрыванні
104
Рыс. 127. Пры адрыванні шкляной пласцінкі ад вады спружына расцягваецца; такім шляхам выяўляецца існаванне сіл счаплення паміж шклом і вадой.
пласцінкі ад вады спружына прыкметна расцягваецца, што даказвае існаванне сіл счаплення. Па велічыні расцяжэння спружыны можна вызначыць сілу, патрэбную для адрывання пласцінкі. Адарваўшы пласцінку, можна ўбачыць, што яе ніжняя паверхня аказваецца мокрай; значыць, пры адрыванні пласцінкі мы пераадольваем сілы счаплення паміж частачкамі вады.
Наяўнасцю сілы ўзаемадзеяння паміж частачкамі вадкасці тлумачыцца той факт, што дзве кроплі вадкасці пры судакрананпі зліваюцца ў адну кроплю.
У вадкасцях сілы прыцяжэпня паміж малекуламі з прычыны вялікай блізкасці іх вельмі значныя, але сувязь паміж малекуламі дазваляе яшчэ асобным малекулам «слізгацець» адна адносна другой. Таму вадкасць лёгка мяняе сваю форму пры яе пераліванні з аднаго сасуда ў другі. Гэтая ўласцівасць вадкасцей называецца цякуч а с ц ю.
Цвёрдае цела цяжка расцягнуць, але таксама цяжка яго і сціснуць. Цяжка сціснуць і вадкасць.
Значыць, малекулярныя сілы праяўляюцца не толькі ў прыцяжэнні, але і ў адійтурхоўванні, чым тлумачыцца супраціўленне цел як расцяжэнню, так і сцісканню.
На першы іюгляд цяжка зразумець, якім чынам сілы малекулярнага ўзаемадзеяння могуць быць і сіламі прыцяжэння, і сіламі адштурхоўвання. Успомнім, аднак, што ўзаемадзеянне электрычных зарадаў таксама бывае і прыцяжэннем, і адштурхоўваннем, а ў атамах ёсць і дадатпа, і адмоўна зараджаныя частачкі. Аднайменна зараджа
ныя частачкі адштурхоўваюцца, а разнайменна зараджаныя іірыцягваюцца.
Сувязь паміж частачкамі ў цвёрдых целах падобна да сувязі паміж шарыкамі пры дапамозе спружынак (рыс. 128). Спружынкі супраціў
Рыс. 128. Мадэль, якая ілюструе характар сувязі паміж частачкамі ў цвёрдых целах.
ляюцца як расцяжэнню, так і сцісканню. Вядома, у canpayднасці ніякіх спружынак няма, будова і ўзаемадзеянне малекул значна болып складаныя, але простая мадэль сувязі дае магчымасць прыблізна правілька растлумачыць вынікі доследаў.
105
Мы разгледзелі праяўленне сіл малекулярнага прыцяжэнпя і адштурхоўвання ў цвёрдых і вадкіх целах. Звернемся цяпер да газаў.
ІПчыльнасць газаў значна мепшая за шчыльнасць цвёрдых і вадкіх цел. Так, напрыклад, шчыльнасць вадзяной пары пры 100° і ціску ў 1 am меншая за шчыльнасць вады пры тых жа ўмовах у 1670 разоў. Таму ў газах частачкі знаходзяцца на параўнальна больш далёкіх адна ад другой адлегласцях, чым у целах цвёрдых і вадкіх.
КНІГІ ОНЛАЙН
