-->
|
|
|
Ãëàâíàÿ >> Ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçèêà. Òåðìîäèíàìèêà. Ôèçèêà 10 êë. Ìÿêèøåâ |
|
Ãëàâà 2. Îñíîâû ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêîé òåîðèè § 2.3. Áðîóíîâñêîå äâèæåíèå
Òåïëîâîå äâèæåíèå ìîëåêóëÄâèæåíèå àòîìîâ è ìîëåêóë ìàëî íàïîìèíàåò äâèæåíèå ñîáàêè èëè àâòîìîáèëÿ. Àòîìû è ìîëåêóëû âåùåñòâà ñîâåðøàþò äâèæåíèå, â êîòîðîì òðóäíî óñìîòðåòü êàêîé-ëèáî ïîðÿäîê è ðåãóëÿðíîñòü. Áåñïîðÿäî÷íîå äâèæåíèå ìîëåêóë íàçûâàþò òåïëîâûì äâèæåíèåì. Äâèæåíèå ìîëåêóë áåñïîðÿäî÷íî èç-çà òîãî, ÷òî èõ ÷èñëî â ìàêðîñêîïè÷åñêèõ òåëàõ íåîáîçðèìî âåëèêî. Êàæäàÿ ìîëåêóëà áåñïðåñòàííî ìåíÿåò ñâîþ ñêîðîñòü ïðè ñòîëêíîâåíèÿõ ñ äðóãèìè ìîëåêóëàìè.  ðåçóëüòàòå åå òðàåêòîðèÿ îêàçûâàåòñÿ ÷ðåçâû÷àéíî çàïóòàííîé, äâèæåíèå — õàîòè÷íûì, áîëåå õàîòè÷íûì, ÷åì äâèæåíèå ùåïêè â áóðëÿùåì ïîòîêå âîäû èëè ìóðàâüåâ â ðàçîðåííîì ìóðàâåéíèêå. Áåñïîðÿäî÷íîå äâèæåíèå îãðîìíîãî ÷èñëà ìîëåêóë êà÷åñòâåííî îòëè÷àåòñÿ îò óïîðÿäî÷åííîãî ìåõàíè÷åñêîãî ïåðåìåùåíèÿ òåë. Îíî ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îñîáûé âèä äâèæåíèÿ ìàòåðèè ñî ñâîèìè îñîáûìè ñâîéñòâàìè. Îá ýòèõ ñâîéñòâàõ è ïîéäåò ðå÷ü â äàëüíåéøåì. Ìîäåëü áðîóíîâñêîãî äâèæåíèÿÁðîóíîâñêîå äâèæåíèå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ãðóáîå, ñèëüíî óïðîùåííîå, íî ãëóáîêî âåðíîå îòîáðàæåíèå òåïëîâîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóë. Ñóùíîñòü åãî ìîæíî óÿñíèòü èç ñëåäóþùåãî ïðîñòîãî ïðèìåðà. Íà ñòîëå ñòîèò áëþäî, ïîëíîå æèâûõ ìóðàâüåâ (ïðèìåð ïðèíàäëåæèò íåìåöêîìó ôèçèêó Ð. Ïîëþ). Ìû ñìîòðèì íà áëþäî ñ äîñòàòî÷íî áîëüøîãî ðàññòîÿíèÿ, òàê ÷òî ãëàç íå â ñîñòîÿíèè ðàçëè÷àòü îòäåëüíûõ ñíóþùèõ íàñåêîìûõ. Íàøåìó âçîðó ïðåäñòàåò ëèøåííàÿ ñòðóêòóðû ÷åðíîêîðè÷íåâàÿ ìàññà. Óâèäåòü íå÷òî áîëüøåå ïîçâîëÿåò ïðîñòîé ïðèåì. Áðîñèì íà áëþäî íåñêîëüêî õîðîøî âèäèìûõ ëåãêèõ ïðåäìåòîâ: îáðåçêîâ áóìàãè, ïóøèíîê è ò. ä. Ýòè ïðåäìåòû íå îñòàíóòñÿ â ïîêîå. Îíè áóäóò áåñïîðÿäî÷íî äâèãàòüñÿ, ïîâîðà÷èâàòüñÿ, òàê êàê èõ òîëêàþò è òÿíóò â ðàçëè÷íûå ñòîðîíû íåðàçëè÷èìûå äëÿ ãëàçà íàñåêîìûå. Äâèæåíèå ïóøèíîê è êóñî÷êîâ áóìàãè äàåò î÷åíü óïðîùåííóþ, ãðóáóþ êàðòèíó íåïðåðûâíîãî äâèæåíèÿ ìóðàâüåâ. Íàáëþäåíèå áðîóíîâñêîãî äâèæåíèÿÏîäîáíûì îáðàçîì ïîñòóïàþò è ïðè íàáëþäåíèè òåïëîâîãî äâèæåíèÿ, òîëüêî â ïîìîùü ãëàçó áåðóò ìèêðîñêîï. Êàïëþ æèäêîñòè, ê êîòîðîé äîáàâëåí ìåëêèé íåðàñòâîðèìûé ïîðîøîê, ðàñïîëàãàþò ïîä îáúåêòèâîì ìèêðîñêîïà. Àíãëèéñêèé áîòàíèê Ð. Áðîóí (1773—1858), íàáëþäàâøèé ýòî ÿâëåíèå â 1827 ã., èñïîëüçîâàë âçâåøåííûå â âîäå ñïîðû ïëàóíà. Ñåé÷àñ îáû÷íî èñïîëüçóþò ÷àñòè÷êè êðàñêè ãóììèãóò, íåðàñòâîðèìîé â âîäå, èëè ÷àñòè÷êè òóøè. Ýòè ÷àñòè÷êè ñîâåðøàþò õàîòè÷åñêîå äâèæåíèå. Ñàìûì ïîðàçèòåëüíûì è íåïðèâû÷íûì äëÿ íàñ ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ýòî äâèæåíèå íèêîãäà íå ïðåêðàùàåòñÿ. Âíóòðè çàêðûòîé ñî âñåõ ñòîðîí êþâåòû (âî èçáåæàíèå èñïàðåíèÿ æèäêîñòåé) åãî ìîæíî íàáëþäàòü äíÿìè, ìåñÿöàìè, ãîäàìè. Îíî âå÷íî è ñàìîïðîèçâîëüíî. Èíòåíñèâíîñòü åãî âîçðàñòàåò ñ ðîñòîì òåìïåðàòóðû.  âóëêàíè÷åñêèõ ïîðîäàõ èíîãäà âñòðå÷àþòñÿ êàïëè âîäû, çàõâà÷åííûå ïðè îõëàæäåíèè ïîðîä. Áðîóí îáíàðóæèë òàêèå êàïëè â ïðîçðà÷íîì êâàðöå. Áåñïîðÿäî÷íîå äâèæåíèå â êàïëå ñïîð è öâåòî÷íîé ïûëüöû, èçîëèðîâàííûõ îò âíåøíåãî ìèðà íà ìèëëèîíû ëåò, çàñòàâèëî Áðîóíà ïðèçíàòü, ÷òî äâèæåíèå ýòèõ ÷àñòèö íå ìîæåò áûòü äâèæåíèåì æèâûõ ñóùåñòâ, êàê îí äóìàë ïåðâîíà÷àëüíî. Ìû ïðèâûêëè ê òîìó, ÷òî ëþáîå äâèæóùååñÿ òåëî ðàíî èëè ïîçäíî îñòàíàâëèâàåòñÿ. Áðîóíîâñêîå äâèæåíèå — òåïëîâîå äâèæåíèå, è îíî íå ìîæåò ïðåêðàòèòüñÿ. Ïî ñëîâàì ôðàíöóçñêîãî ôèçèêà Æ. Ïåððåíà, ýêñïåðèìåíòàëüíî èññëåäîâàâøåãî áðîóíîâñêîå äâèæåíèå, ýòî äâèæåíèå — «òî÷íîå âîñïðîèçâåäåíèå òåïëîâîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóë, èëè, åùå òî÷íåå, ýòî íàñòîÿùåå ìîëåêóëÿðíîå äâèæåíèå... Ïðè ðàññìàòðèâàíèè ýòîãî äâèæåíèÿ íåò ïðèíöèïèàëüíîé ðàçíèöû ìåæäó ìîëåêóëàìè àçîòà, êîòîðûé ìîæåò áûòü ðàñòâîðåí â âîäå, è òåìè âèäèìûìè ÷àñòèöàìè, êîòîðûå ñóùåñòâóþò â âèäå çåðåí ýìóëüñèè. Áåñïîðÿäî÷íûé õàðàêòåð òåïëîâîãî äâèæåíèÿ, åãî íåèçìåííîñòü êà÷åñòâåííî îòëè÷àþò ýòî äâèæåíèå îò óïîðÿäî÷åííîãî ìåõàíè÷åñêîãî ïåðåìåùåíèÿ ìàêðîñêîïè÷åñêèõ òåë». Êðàñî÷íî îïèñûâàåò áðîóíîâñêîå äâèæåíèå Ð. Ïîëü. Íåìíîãèå ÿâëåíèÿ ñïîñîáíû òàê óâëå÷ü íàáëþäàòåëÿ, êàê áðîóíîâñêîå äâèæåíèå. Çäåñü íàáëþäàòåëþ ïîçâîëÿåòñÿ çàãëÿíóòü çà êóëèñû ñîâåðøàþùåãîñÿ â ïðèðîäå. Ïåðåä íèì îòêðûâàåòñÿ íîâûé ìèð — áåçîñòàíîâî÷íàÿ ñóòîëîêà îãðîìíîãî ÷èñëà ÷àñòèö. Áûñòðî ïðîëåòàþò â ïîëå çðåíèÿ ìèêðîñêîïà ìåëü÷àéøèå ÷àñòèöû, ïî÷òè ìãíîâåííî ìåíÿÿ íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ. Ìåäëåííåå ïðîäâèãàþòñÿ áîëåå êðóïíûå ÷àñòèöû, íî è îíè ïîñòîÿííî ìåíÿþò íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ. Áîëüøèå ÷àñòèöû ïðàêòè÷åñêè òîëêóòñÿ íà ìåñòå. Èõ âûñòóïû ÿâíî ïîêàçûâàþò âðàùåíèå ÷àñòèö âîêðóã îñè, êîòîðàÿ ïîñòîÿííî ìåíÿåò íà ïðàâëåíèå â ïðîñòðàíñòâå. Ãîñïîäñòâî ñëåïîãî ñëó÷àÿ — âîò êàêîå ñèëüíîå, ïîäàâëÿþùåå âïå÷àòëåíèå ïðîèçâîäèò ýòà êàðòèíà íà íàáëþäàòåëÿ. Íèêàêîå ñëîâåñíîå îïèñàíèå íå ìîæåò äàæå ïðèáëèæåííî çàìåíèòü ñîáñòâåííîå íàáëþäåíèå.
|
|
|