Движение молекул - [5]

«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 правой руки вода в чашке будет холодной, а по ощущению левой руки — горячей. Возникает затруднительное положение, какой из своих рук верить? Вот поэтому для суждения о том, насколько нагрето тело, лучше воспользоваться термометром.

Термометр придуман сравнительно недавно, всего лет 300 назад. Обычный термометр представляет собою узкую трубочку, заканчивающуюся снизу шариком, наполненным какой-либо жидкостью. Чаще всего шарик термометра наполняют ртутью или спиртом; бывают термометры, наполненные и другими жидкостями.

При нагревании жидкость расширяется и поднимается по трубке. Чем больше нагрев, тем выше по трубочке поднимается жидкость. Поместив сзади трубочки линейку с делениями, мы можем определять степень нагретости, или, как говорят, измерять температуру в градусах.

Наиболее часто за нуль градусов принимают температуру тающего льда, а за 100 градусов принимают температуру водяного пара около поверхности кипящей воды при нормальном атмосферном давлении (в одну атмосферу). Такой термометр называют термометром Цельсия. По этому термометру указывают температуру воздуха в сводках погоды, которые вы ежедневно слышите по радио.

Итак, мы говорим, что температура тёплого тела выше, чем температура холодного. Сторонники "тепловой материи" объясняли эту разницу в температуре очень просто — в тёплом теле "тепловой материи" больше, чем в холодном.

А как объяснить эту разницу с современной или, если быть справедливыми, с ломоносовской точки зрения?

Как вы уже знаете, можно без большой ошибки считать, что все молекулы в газе движутся с одной и той же средней скоростью. Если сравнить две порции одного и того же газа, взятые при разных температурах, то окажется, что средние скорости движения молекул в них будут различны. Чем выше температура газа, тем больше средняя скорость движения его молекул. Так, средняя скорость молекул кислорода, нагретого до 100 градусов тепла, будет почти в полтора раза больше, чем средняя скорость молекул того же кислорода, охлаждённого до 100 градусов мороза.

Вполне законно поэтому сказать, что температура газа является непосредственной мерой средней скорости движения его молекул. При этом, однако, надо помнить, что учитывается только средняя скорость беспорядочного движения молекул, только она определяет температуру.