Движение молекул

5. На пути к порядку

До сих пор мы говорили только о газах, а что можно сказать о жидкостях? Как ведут себя их молекулы? Попробуем дать ответ и на этот вопрос.

Всякое вещество в жидком состоянии занимает объём меньший, чем в парообразном. Один стакан воды, например, занимает объём, равный приблизительно 0,2 литра. То же количество воды в виде водяного пара займёт объём, приблизительно в полторы тысячи раз больший (рис. 7). Значит, молекулы воды находятся много ближе друг к другу, чем молекулы водяного пара. Если молекулы газа или пара движутся по причудливо изломанным линиям, то в жидкости движение молекул больше напоминает дрожание, при котором молекулы только очень медленно перемещаются вперёд, постоянно возвращаемые назад ударами соседних молекул. Сравнительно редко какой-либо молекуле удаётся вырваться из тесного окружения своих соседей. Большую же часть времени она движется как бы в клеточке, стенки которой образуют ближайшие к ней молекулы.

Рис. 7. Если стакан воды обратить в пар, то пар при атмосферном давлении будет занимать бак объёмом в 320 литров.

Почему же поверхность спокойной жидкости представляется нам неподвижной, почему мы не замечаем непрерывного дрожания молекул?

Ещё Ломоносов в одном из своих сочинений писал: "Ведь нельзя отрицать существование движения там, где его не видно: кто, в самом деле, будет отрицать, что когда через лес проносился сильный ветер, то листья и сучки дерев колышатся, хотя бы при рассматривании издали глаз не видел движения. Точно так же как здесь вследствие расстояния, так и в тёплых телах вследствие (малости частиц движущейся материи, колебание ускользает от взора".

И в самом деле. Посмотрите на лезвие безопасной бритвы. Каким ровным и гладким оно нам представляется. А теперь взгляните на рисунок 8. На нём изображён маленький участок того же лезвия, каким он виден в электронный микроскоп. А ведь вы знаете, что обычные по своим размерам молекулы в электронный микроскоп не видны. Понятно поэтому, что нельзя увидеть глазами тепловое движение молекул.

Какую же скорость имеют молекулы жидкости?

Оказывается, что средняя скорость теплового движения молекул жидкости такая же, как и у газа, молекулы которого имеют тот же вес, взятого при той же температуре. И так же, как и у газов, у жидкостей скорость беспорядочного движения молекул растёт с ростом температуры.

Рис. 8. Фотография маленького участка лезвия безопасной бритвы, снятая при помощи электронного микроскопа.

Таким образом, тепловое движение молекул жидкости сходно с тепловым движением молекул газа. Однако между ними имеется и существенное различие. Молекулы газов, пробегая от одного соударения до другого большие пути, постоянно встречают разные молекулы и только чрезвычайно редко раз ударившиеся молекулы встречаются вновь. У жидкостей, наоборот, молекулы длительное время сохраняют своих соседей, и повторные соударения здесь уже не редкость. Полная беспорядочность, характеризующая газ, начинает здесь приобретать черты некоторого порядка.