Молекулярная физика и теплота

Молекулярная физика и теплота
Вера Александровна Максимова

Физика для начинающих #2
Книга «Молекулярная физика и теплота» является второй книгой из серии «Физика для начинающих». В серию будут включены следующие книги: «Механика без формул», «Молекулярная физика и теплота», «Электричество и магнетизм», «Оптика. Строения вещества. Ядерная физика». Отличительной особенностью этих книг является системное изложение законов физики (школьной программы), но только без формул. Поэтому главное внимание уделено физической сути явлений. В книге «Молекулярная физика и теплота» рассмотрены вопросы молекулярного и атомного строения вещества, молекулярно-кинетическая теория вещества, законы идеального газа, основы термодинамики, работа тепловых машин, свойства жидкостей и твердых тел. Книги этой серии могут быть использованы школьниками младших, средних и старших классов средней школы, а также могут быть полезны любителям физики.

Вера Максимова

Молекулярная физика и теплота

Молекулярная физика

Развитие представлений о строении тел

Из чего состоят окружающие нас предметы, всегда волновал передовые умы человечества. Свои представления из чего состоят предметы, имелись в Древнем Китае, Древней Индии и других центрах мировой цивилизации. Но особенно больших успехов достигли философы Древней Греции. Венцом учения о строении предметов – вещества, являются воззрения Демокрита (ок.460 г. до н. э. – ок. 370 г. до н. э.) рисунок 1. Он считал, что все, что нас окружает, состоит из атомов, а между ними находится пустота. Каждый предмет состоит из атомов своего сорта или вида. Атом в переводе с греческого языка означает неделимый. После античного расцвета науки и культуры наступает почти полуторатысячелетний застой. Только в эпоху Возрождения наука получает мощный толчок в лице таких гигантов мысли, как Леонардо да Винчи (1452–1619 г.) рисунок 2, Николая Коперника (1473–1543 г.) рисунок 3, Галилео Галилей (1564–1642 г.), Джордано Бруно (1548–1600 г.) рисунок 4, Николая Кузанского (1401–1464 г.), Тихо Браге (1546–1601 г.) и многих других. Но не все было так просто, главное безопасно в то время. Тихо Браге, датский астроном, экспериментально установив орбиты ряда планет, фактически пришел к выводу о гелиоцентрической системе, то есть планеты вращаются вокруг Солнца. Этот вывод противоречил принятой христианской церковью догме о геоцентрической системе устройства мира. Геоцентрическую систему разработал древнегреческий ученый Птолемей (100–160 г.). Суть, которой в том, что Земля является центром мироздания и все вращается вокруг нее, в том числе Солнце и другие звезды. Свой вывод Тихо Браге не мог опубликовать при жизни. Только после его смерти астрономические расчеты стали достоянием научной общественности. Польский астроном Николай Коперник уточнил, дополнил расчеты Тихо Браге и разработал геоцентрическую систему в соответствии с которой Планеты, в том числе и Земля, вращаются вокруг Солнца. За это католическая церковь в лице святой инквизиции осудила выводы ученого и его труды были запрещены к распространению за подрыв к христианкой вере. «Святой» инквизиции совсем не надо были какие-то доводы ученых толи логические, толи экспериментальные. Если выводы ученых противоречили постулатам церкви, то это объявлялось ересью, а носитель ереси должен быть наказан, зачастую сожжением на костре на городской площади. Чтобы иные умники не порочили церковные устои. Ересь – это все то, что противоречит положениям католической церкви.

Рисунок 1. Демокрит (ок.460 г. до н. э. – ок. 370 г. до н. э.)

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b9/Democritus2.jpg

Рисунок 2. Леонардо да Винчи (1452–1619 г.),

Рисунок 3. Николай Коперник (1473–1543 г.)

Галилео Галилей доказал, что планета Земля вращается вокруг своей оси при движении по орбите вокруг Солнца. Смена дня и ночи на Земле обусловлена вращением ее вокруг своей оси. Это тоже противоречило догматам церкви. За это инквизиция приговорила Галилея к пожизненному заточению в тюрьме.

Джордано Бруно, странствующий итальянский монах-ученый доказывал, что во Вселенной существуют системы подобные Солнечной. Что там есть планеты, на которых возможна тоже жизнь. Эта теория множества миров противоречила церковному учению, что жизнь Всевышний создал только на Земле. Джордано Бруно был приговорен инквизицией к сожжению за распространение ереси.

Леонарда де Винчи тайком от церкви препарировал человеческие труппы, чтобы изучить анатомию.

Только к 18 веку наука вышла из под контроля церкви. Наука получила новый импульс к развитию. Ученые вспомнили, и стали открыто говорить и развивать атомистические воззрения Демокрита о структуре окружающих предметов. В 19 – 20 веках под напором неопровержимых доказательств католическая церковь частично сняла обвинения с ряда ученых, но не осудила внеправовые действия инквизиции.

Основные положения молекулярно-кинетической теории вещества, в основном, газов были сформулированы великим русским ученым М.В.

Рисунок 4. Джордано Бруно (1548–1600 г.). Общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=52557

Великим русским ученым Ломоносовым (1711–1765 г.) рисунок 5, впервые сформулированы основы молекулярно-кинетической теории. В современной форме основы молекулярно-кинетической теории (МКТ) формулируются так.

1. Все вещества состоят из частиц (молекул, атомов), разделенных промежутками.

Доказательства:

– фотографии атомов и молекул, сделанные с помощью электронного микроскопа;

– возможность механического дробления вещества, растворение вещества в воде, диффузия, сжатие и расширение газов.

2. Частицы всех веществ беспорядочно и хаотично движутся.

Доказательства:

– диффузия – явление взаимного проникновения частиц одного вещества между частицами другого вещества вследствие их теплового движения.

– броуновское движение мелких, инородных, взвешенных в жидкости частиц под действием не скомпенсированных ударов молекул.

3. Частицы всех веществ взаимодействуют между собой: одновременно действуют взаимного притяжения и отталкивания (природа сил носит электромагнитный характер).

Рисунок 5. Ломоносов М.В.1711–1765 г. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/23/Mikhail_Lomonosov_%281757%29.jpg/548px-Mikhail_Lomonosov_%281757%29.jpg

Доказательства:

– сохранение формы твердыми телами, для их разрыва необходимо усилие;

– жидкие и твердые тела трудно сжимаемы;

– капли жидкости, помещенные в непосредственной близости друг от друга, сливаются;

– явления смачивания и несмачивания.

Одно из первых доказательств существования молекул было открытие Броуновского движения. Английский ученый Роберт Броун (1778–1819 г.) проделал такой опыт. Рассматривая каплю молока под микроскопом он заметил, что капельки жира в молоке постоянно беспорядочно движутся. Из этого Броун сделал вывод, что молекулы молока при своем хаотичном беспрерывном движении соударяются с капельками жира. Поэтому капельки жира испытывают силовое воздействие со всех сторон и результирующая сила в данный момент толкает молекулу жира в соответствующую сторону. В другой момент конфигурация сил изменяется и движение происходит в другом направлении.