Физика вокруг нас
Мы с вами уже говорили, что температура каждого тела является показателем сложных явлений, происходящих за кулисами нагретой (или охлажденной) материи.
За кулисами, значит недоступно для наших ощущений, для нашего созерцания. Ибо ни в каком увеличении мы не сможем увидеть молекулы материи, совершающие непрерывное движение. Результатом движения совокупности всех молекул является именно температура.
Всё это кажется странным и невероятным, не говоря уже о том, что трудно себе представить движение молекул тела, находящегося в состоянии покоя. Но даже не видя движения, мы легко можем убедиться в его существовании. Достаточно, например, в одном углу комнаты открыть флакон с духами, чтобы через некоторое время почувствовать в другом углу запах духов. Это очевидное свидетельство движения в воздухе молекул духов.
Свобода каждого движения весьма ограничена: меньше всего ограничена в газах, больше всего в твердых телах. Жидкости в этом отношении находятся между газами и твердыми телами. Как видите, ребята, три состояния материи: твердое, жидкое и газообразное — это одновременно три категории свободы движения молекул.
Газы заполняют любое доступное им пространство. Движения частичек газа ограничиваются только стенками сосуда, например, в котором они находятся.
Жидкости принимают форму сосуда, но в отличие от газа имеют постоянно одинаковый объем и не могут «расползтись» по всему сосуду. Следовательно, молекулы жидкости движутся только в пространстве, занятом жидкостью.
И, наконец, твердые тела характеризуются определенной формой, которая не изменяется, если, конечно, нет добавочных воздействий. Кажется, что частицы твердого тела постоянно находятся в состоянии покоя, то есть не перемещаются. Ведь каждое перемещение должно было бы привести к самопроизвольному изменению формы, а мы знаем, что ничего подобного в твердых телах не наблюдается.
Частицы твердого тела в самом деле не могут совершать таких далеких путешествий, как частицы газа или даже жидкостей. Но всё же и они не остаются неподвижными. Их движение заключается в непрерывном колебании вокруг некоторого среднего положения в одну и в другую сторону. В этом они напоминают качели, прикрепленные к неподвижному крюку.
Все эти ненужные на первый взгляд рассуждения помогут вам, ребята, правильно понять многие явления природы.
Возьмем к примеру испарение воды. Вода, как и многие другие тела, может изменять свое состояние, превращаясь в газ (водяной пар) или в твердое тело (лед). При нагревании — воды движение её молекул становится всё более быстрым. Чем выше температура воды, тем больше в ней таких молекул, скорость которых, а следовательно, и энергия вполне достаточна для того, чтобы они могли вырваться из своей среды. При температуре 100 °C молекул с большой скоростью довольно много. Поэтому вода бурно кипит.
Подобное явление происходит при плавлении какого-либо твердого тела, например, металла. Его молекулы под влиянием нагрева приходят в быстрое движение. Если опять-таки придерживаться сравнения с качелями, то можно сказать, что качели под влиянием сильного раскачивания сорвались с крюков, на которые были подвешены.
Состояние твердого тела зависит от рода вещества и его температуры. Металл вольфрам, например, остается твердым телом до температуры 3390 °C. Только при более высоких температурах он переходит из твердого состояния в жидкое, а при температуре 5900 °C вольфрам становится газом. Вольфрам считается одним из самых тугоплавких металлов, что имеет большое значение в технике. Он применяется благодаря своей тугоплавкости для изготовления спиралей осветительных лампочек накаливания.
К числу тел, легко, переходящих из жидкого состояния в газообразное и твердое, относится вода. От остальных, легко изменяющих свое состояние тел, её отличает следующее: все тела, замерзая (то есть переходя в твердое состояние), становятся тяжелее, лед же легче воды.
В доказательство сказанного предлагаю вам, ребята, проделать следующий простой опыт (правда, не всегда удается достичь высокой точности при выполнении такого рода экспериментов): Возьмем два кубика: один из воска, а второй изо льда, объемом 1 дцм3. Положим эти кубики на дно одинаковых сосудов. Начнем подогревать сосуды на небольшом огне. Что получится? Хотя объем обоих кубиков первоначально был одинаковым (1 дцм3 = 1000 см3), после расплавления воск займёт немного больший объем, чем 1 дцм3, а расплавленный лед — вода — меньший объем.