Так же просто объясняются и другие тепловые явления. Например, известно, что твердое тело можно путем нагревания превратить в жидкое (плавка металлов, таяние льда), жидкое — в газообразное (образование пара из воды при кипячении). Что происходит здесь с точки зрения кинетической теории? В твердом теле частицы прочно связаны друг с другом. Поэтому твердое тело при отсутствии внешнего воздействия не меняет своей формы. Другое дело — жидкость. В сосуде она принимает форму сосуда. Будучи вылита из него, она растекается по поверхности. Это происходит потому, что частицы жидкости слабее связаны друг с другом. Но, растекаясь по поверхности, жидкость не меняет, однако, своего объема. Это значит, что ее частицы все же настолько крепко сцеплены, что не разлетаются в разные стороны. В газах же связь между частицами очень слаба. Поэтому, если нет удерживающего сосуда, эти частицы сразу начинают разлетаться во все стороны, вследствие чего объем газа сильно увеличивается. Таким образом, твердое, жидкое и газообразное вещества различаются между собой силой сцепления составляющих их частиц. Сила же сцепления между частицами вещества уменьшается при увеличении скоростей их хаотического движения. Отсюда понятно, что при нагревании твердое тело можно превратить в жидкое, а жидкость — в газ.
Но как же все-таки доказать, что частицы вещества находятся в постоянном движении, если частицы эти невидимы?
Доказательство, как это часто бывает, пришло совсем из другой области, то есть не из области физики. Оно связано с исследованием одного очень интересного явления, открытого не физиком, а ботаником.
В 1827 году ботаник Броун, рассматривая в микроскоп каплю жидкости, содержавшую пыльцу растений, обнаружил в ней много твердых мелких частичек. При этом, к своему великому удивлению, он совершенно ясно увидел, что все эти частицы прыгают с места на место, ни на секунду не останавливаясь, хотя капля была в полном покое. Создавалось такое впечатление, как будто эти частицы живые. Были поставлены опыты с явно неживыми частицами. Происходило то же самое.
Объяснение этого явления было дано позднее на основе учения об атомах. Объяснение это таково. Твердые частички, находящиеся в капле воды, подвергаются ударам частиц воды, которые непрерывно двигаются. А так как частицы воды движутся хаотически, беспорядочно, то и твердые частицы под влиянием их ударов летят то в одну, то в другую сторону. Если менять температуру воды, то по мере нагревания «пляска» броуновских частиц усиливается, по мере охлаждения — ослабевает. С точки зрения кинетической теории это вполне понятно: нагревание воды есть не что иное, как усиление движения составляющих ее частиц. Двигаясь быстрее, атомы воды энергичнее толкают плавающие в воде твердые частички, отчего частички эти начинают прыгать сильнее. При охлаждении же происходит обратное.
Таким образом, физика XVIII и XIX веков опытным путем подтвердила учение древних философов об атомном строении материи.
Не меньший вклад в изучение строения материи внесла другая наука, смежная с физикой,—химия. Ученые-химики обнаружили, что большинство веществ, с которыми мы постоянно встречаемся, кажутся нам простыми, но на самом деле являются сложными, то есть состоят из двух или нескольких других, более простых веществ. При определенных условиях их можно разложить на эти более простые вещества. Такое, казалось бы. совсем простое вещество, как вода, состоит из двух еще более простых веществ, причем совсем на нее не похожих: при пропускании через воду электрического тока она, как показали опыты химиков, разлагается на два газа — кислород и водород. Даже соль, обыкновенная поваренная соль, которую мы каждый день кладем в пищу, состоит, оказывается, из двух веществ: металла натрия и ядовитого газа хлора.
При пропускании электрического тока очень многие из тех веществ, которые казались раньше простыми, были разложены на два или даже более других веществ. Однако некоторые вещества, такие, как водород, кислород, углерод, железо, золото и другие, никакими способами не удалось разложить на более простые. Эти простые, неразложимые вещества получили название химических элементов. Сложные же вещества, состоящие из двух или нескольких химических элементов, стали называться химическими соединениями.