Читать книгу ТРИ МИРОПРАВИТЕЛЬНИЦЫ. Познавательные рассказы о природе вещей и чисел - - Страница 4

– Видишь, Паша, снег вокруг нашей ёлочки просел, сугробы меньше стали, как думаешь, почему?

– Деда, ты же сам говорил, что весной солнышко выше, греет лучше, вот снег и тает.

– «Тает» – он, что, исчезает куда-то?

– В воду превращается, а вода ручейками утекает.

– Молодец, Главное слово произнёс: превращается. А почему снег или лёд в воду превращается? Сложный вопрос. Но не переживай, будешь физику в школе изучать, всё узнаешь. А сейчас попробую тебе по-простому объяснить про превращения вещества. Слушай.

Про атомы тебе уже рассказывали. Атомы могут объединяться в молекулы, из которых и состоят вещества. Молекулы – такие крохотные частицы, которые не то что глазом, в микроскоп не увидишь. Будем считать, что молекулы – твёрдые шарики. Летит один такой шарик, навстречу ему другой – бах! Что произойдёт? Правильно – стукнулись и разлетелись. Тут есть маленькая хитрость: шарик, который летит быстрее, после удара никогда не может полететь ещё быстрее, он может только уменьшить свою скорость, передав часть её (точнее говорить о передаче импульса, но для одинаковых шариков это не важно) другому такому же шарику. Если бы мы с тобой сейчас разговаривали на греческом языке, то слово «движение» произносили бы «кинетикос» – при этом нос кверху и голову так: «Кинетикос!» Ладно, слушай дальше по-русски о молекулярной кинетике.

Если молекулы свободно летают и взаимодействуют только путём соударений, то вещество находится в газообразном состоянии. Если газ находится в закрытой банке (лучше говорить – в сосуде), то молекулы-шарики стукаются не только друг о друга, но и о стенки сосуда. Чем быстрее двигаются молекулы, тем сильнее удары, а, значит, больше давление. Если крышку сосуда открыть, весь газ из него улетучится. Вот, когда ты газовый баллончик в обойму пистолета вставляешь, баллончик-сосуд вскрывается, но остаётся перекрытым клапаном курка. Нажимаешь на спуск, клапан открывается, и молекулы углекислого газа своим высоким давлением выбрасывают пульку из ствола, потом разлетаются в разные стороны, перемешиваясь с молекулами воздуха. Кстати, воздух – это не одно вещество, в нём много двухатомных молекул азота, поменьше молекул кислорода, тоже двухатомных, – мы ими дышим, – и совсем немного других газов. Выстрелил из пневматики – засорил атмосферу трёхатомными молекулами «цэ о два», нарушил Киотские соглашения. Шутка. Вернёмся к закрытой банке-сосуду. Пусть его крышка плотно закрыта, но может перемещаться, как поршень. Мы с тобой сильные, давай будем задвигать поршень внутрь сосуда. Молекулы будут сопротивляться, давление газа будет увеличиваться.

– Деда! Ты же говорил, что давление увеличивается, если молекулы двигаются быстрее.

– Опять молодец. Теперь я говорю о втором способе повышения давления – уменьшении объёма. Газ становится плотнее, о стенки ударяется больше молекул, и давление возрастает. А средняя скорость молекул возрастает при увеличении температуры, при уменьшении температуры эта скорость падает. Знаешь, что значит слово «средняя»? Ну да, ну да, у вас же рейтинги, средний балл, ЕГЭ. Видишь, иногда и новации образованию помогают. Сейчас нам важно понять, что при сжатии уменьшается расстояние между молекулами (среднее!), и наступает момент, когда они вплотную прижимаются друг к другу. Молекулы продолжают свободно двигаться, как бы вальсируют, кружатся в хороводе, но не разлетаются. Возникает жидкое состояние вещества. Жидкость принимает форму сосуда, в котором находится, растекается на ровной поверхности. Правда, не всегда газ можно перевести в жидкость только сжатием. Некоторые молекулы, например, того же кислорода, капризничают, убегают от других, пока их не остановишь. Такие вещества нужно ещё и охладить, чтобы перевести в жидкое состояние. Теперь подумаем, что произойдёт, если дальше сжимать жидкость.

– Э, дед, ты же сказал, что молекулы в жидкости вплотную друг к другу прижаты, они, что, будут сплющиваться?

– Нет, молекулу не сплющишь. Объём жидкости при повышении давления не изменяется. Говорят, что жидкость несжимаема. Вспомним о скорости движения молекул. Если сжатие не изменяет состояние жидкости, попробуем её охладить. Молекулы будут вальсировать всё медленнее и медленнее и вдруг (обрати внимание на это «вдруг») перестают покидать то место, на котором находятся. Так, переступают красиво туда-сюда (колеблются), как танцоры в шеренгах сиртаки, – ты знаешь этот танец, в кружок ходишь. Вещество переходит в твёрдое состояние, которое также называют кристаллическим. Места, около которых совершают небольшие колебания молекулы в кристалле, называют узлами кристаллической решётки. Кристалл не изменяет свою форму. Лёд – это кристаллическое состояние воды. Ты рассматривал снежинки?

– Да, видел, очень красиво.

– Конечно, очень красивые звёздочки, с узорами на лучах. Причём двух одинаковых узоров не бывает. Но у всех снежинок есть одно свойство: их звёздочки имеют шесть лучей. Это объясняется свойствами молекул воды, из которых состоят кристаллики льда, из которых состоят снежинки, которые построил Джек. Кристаллы могут немного увеличиваться при нагревании или уменьшаться при охлаждении, не меняя своей формы. Этот процесс называется тепловым расширением. Всё понятно?