§ 219. Броуновское движение. Как мы видели, давление газа на стенку вызывается ударами молекул об нее. Но ведь число этих ударов за единицу времени случайно может оказаться то больше, то меньше. Поэтому можно предполагать, что сила давления газа на стенку не всегда должна иметь одно и то же значение: иногда она немного больше, иногда меньше. Так ли это? Можно ли обнаружить эти отклонения давления от постоянного значения? Непосредственно измерить эти колебания давления газа на стенку не удается — они слишком малы; но есть явления, которые можно наблюдать и которые объясняются именно наличием колебаний в числе и силе ударов молекул. Это, прежде всего, явление так называемого броуновского движения.
Если наблюдать в сильный микроскоп любые маленькие частицы, находящиеся даже в совершенно спокойной жидкости или газе (например, капельки жира в воде, частицы, из которых состоит дым, или капельки тумана в воздухе), то обнаруживается, что эти частицы непрерывно движутся, причем направление движения изменяется случайным образом. Движение меньших частиц сильнее, чем больших. Это явление, открытое в 1827 г. английским ботаником Робертом Броуном (1773—1858), получило название броуновского движения. Причина явления очень долго оставалась непонятной, пока не было доказано, что это движение частиц вызвано толчками окружающих молекул жидкости или газа. Хотя молекулы жидкости (или газа) ударяют частицы со всех сторон, но все же их удары не уравновешивают полностью друг друга. Случайно иногда действие ударов на частицу с какой-нибудь стороны окажется несколько сильнее, чем с других сторон, в результате чего частица начнет двигаться в некотором направлении. Затем перевесят удары с
417
какой-нибудь другой стороны, и частица начнет двигаться в новом направлении. Результатом является беспорядочное движение частицы.
Подробное изучение этого явления не только подтвердило правильность такого объяснения, но его результаты позволили определить число молекул в единице объема жидкости и газа. Таким образом, броуновское движение явилось одним из наиболее непосредственных и ярких обоснований молекулярных представлений.
§ 220. Молекулярные силы. Если открыть кран в трубке, соединяющей вверху два баллона, один из которых наполнен газом, а другой — пустой, то часть газа из первого немедленно перейдет во второй. Вещество, находящееся в газовом состоянии, всегда полностью занимает предоставленный ему объем. Если же первый баллон будет наполнен жидкостью или твердым телом, перехода вещества во второй (пустой) баллон не произойдет. Если пренебречь незначительным испарением, то и жидкость и твердое тело останутся на своих местах.
Чем объясняется эта разница между поведением газов и жидкостей? Когда вещество находится в жидком состоянии, между его молекулами действуют силы, мешающие молекулам вещества разлетаться во все стороны. Будем называть эти силы молекулярными силами или силами сцепления. Весьма наглядно видно проявление сил сцепления, когда капельки дождя повисают на проводах или листьях и некоторое время не падают вниз (рис. 372). В этом случае силы сцепления не только мешают молекулам разлетаться во все стороны, но и уравновешивают силу тяжести, действующую на каплю.
В твердых телах, очевидно, тоже действуют силы сцепления, удерживающие молекулы друг около друга. далее