Перельман Я.И. - Знаете ли вы физику (1107596), страница 43
Текст из файла (страница 43)
'как может качаешься, но расчет не подтверждает ожидания. Дело в том, что скорость молекул ет пропорционально ьорнкз квадратному из тем' туры (по шкале Кельвина), поэтому даже при низких температурах молекулы движугся еше "'з)ьно быстро. Сделаем расчеты. , эвестно из кинетической теории газов, что прн ,;--т. е. при 273 К, молекулы водорода движутся со 235 Рнс. 135.
С какай скоростью двнжутсл молекуам водорода и!х температурах, плитках к абсолнтному нули~ !в. 229!7 скоростью 1843 ы!с. Поэтому их средняя скорость х. например. при — 270'С (т. е. при 3,1 К), определи1сн из пропорции х /3,! 1843 7273 15 откуда 8=193 м с. Молекулы в столь колонном газе мчатся быстрее пули нагана (рис. 135)! Даже при температуре всего на четверть градуса выгпе абсолютного пуля скорость лвижения молекул водорода еще довольно высока. Из пропорции /0,25 ! 843 ~273,15 получаем у=56 м/с, т. е. более 200 км!'ч (скорость аэроплана). Обратимся теперь непосредственно к поставленному нами вопросу: какова скорость молекул водорода прп — 273 С, т.
е. при 0,15 К. Составим пропорцию 001 5 = у.' 1843 .ЪЗ,15 откуда кее35 м(с. Это составляет в час около 125 км, что быстрее самого быстрого курьерского поезда. Такую скорос1ь никак нельзя считать ничтожной, близкой к состоянии покоя. В Лейлене Гролланлия) в холодильной лабо° ра~ ории ула юсь после многолетних усилий '.вить температуру в 27',9 Г. г. е.
подойти к аб- 'затзюму нучпо на ) 4 :Яозтому срели широких крНов распрострш~ено :денис. что овзалс~шс абсолютным н)лем лело "'рекое. Остается нролвину|ься в области холода 'о ня четвер~в 7ралуса, и температура абсолютно~ о буле1 лостигнуза. Словом, о по ~учении этой 'иературы рассуждаю~ примерно гак же. как говоеше нелавно о лостиженни замного нолк1са' раз яьяось меньше четверти ~радуев.
~о пусть ло печи иелалек :~угцествуюг. однако. принципиальные соображения, "Воляпзие к обратном) заключенник о полной невоз' ости когда-либо лос7ичь абсолкнного нуля. Та- ' ''одно из слеЛствий тре тьего начала ~срмолинамики, ':: тешювой зеоремы Нернста. Рассмогрение этого '",' жения выходи ~ из рамок 7лемеп тарной физики.
' кичусь лишь замечанием, что некоторыми авто- '. трезье начало термолинамики прямо называется "'йципом нелостижимости абсолк1тного нуля». За " "бнос7 ями лкэбознательный читатель может об- . 'ться, например, к «Курсу физики» проф. Берлинера русский перевол), гле он найлет ловольно до''ое изложение нрелмета. Поучительно сопюс1ави~ь злесь ~ри онрицательных "да )три невозможности), вьпекающие из трех термодинамики: йзз нерво~ о начала (закона сохранения энергии) можцость вечного двигателя первого рола; азз Второго начала невозможность вечного лвигаВторого рода, :В)3.
тре гьего начала невозможность достижения 7ЮЗНото ПУЛЯ Нс слслусз лума|ь, что вакуумом называется «всякая высокая степень разрежения газа в со,'! 'Газ может быть очень сильно разрежен "- и все ".::физик пе пазовез такое нростране ~ во вакуумом. ,,Накоч вакуума в сзро7ом смысле слова является ';;':)то срелняя ллина своболного пути молекул больше ров сосула 'Яоясним ззо. Молекулы газа в своем тепловом ,Фенин миллиарлы раз в секунду сталкивак7тся одна 237 с другой. В промежуток времени между двумя сме,, ными столкновениями молекула успевает, однако, преп. ти некоторый путь --путь свободного (без сто ь.- новений) пробега.
Среднюю длину ! этого пути найдем, если среднюю скорость г молекул, т. е. пу ~;, проходимый в среднем молекулой за одну секунд, разделим на число Ж столкновений, претерпеваемое. молекулой за одну секунду: Например, в воздухе при 0' С средняя скорость с молек,; равна -50 м~с, или 500000 мм~с; число Ф столкновение в секунду при нормальном давлении равно 50000000! 6 Следовательно, средняя длина ! пути молекул воздух.: при 0'С и давлении 7бО мм рт. ст. равна 1=--=- — — — — ==0,0001 мм, а 500 000 Ф 5000000000 (В действительности ход поисков обратный: из опып~ определяют г и Д а й находят вычислением. Здес~ мы желали установить лишь зависимость между вел~ чинами 1, с и Ж) Если давление газа в и раз меньше нормальног'х т.
е. если газ разрежен в и раз, то число молек,, в кубическом сантиметре его объема в л раз меныне, во столько же раз меньше, следовательно, буде ~ н число М столкновений. А так как %=с,'1, то п!л: неизменной скорости с (она не зависиг от давления) длина l будет во столько же раз больше. При разрежении в миллион раз и температуре 0 г средняя длина свободного пути для воздуха равг,~ 0,0001.! 000000=100 мм=-!О см. В колбе электрической лампочки, ко~орла вор~ с !О см, длина свободного пробега при таком разрежении больше размеров самой лампочки.
Это значит, в среднем молекулы движутся в ней от стенки л . стенки„не встречаясь с другими молекулами. В таком состоянии газ обладает рядом свойств, не присушит газам с соударяюшимися молекулами. Поэтому подобное состояние газа и выделяется в физике особы:з наименованием — «вакуум». В сосуде больших размеров (например, в трубьс длиной ! м) воздух при том же разрежении и той 238 ; температуре не будез уже в сост ояшш вак)ума улы его будут сталкиваться между собою. Вопрос о з ом.
какова средняя 'гсмпера гура 2 ° вещества Вселенной, представляет больпюй ино г оз вета на не~ о зависпз, изучаем лн мы ' ' ших. лабораториях материю в пшичном ее сони или в псключизельном. Оказывается, как ': ит читазель, ч)о средняя температура всей мазерии порядка нескольких миллионов градусов! "-!:. та неожиданная оценка )зря~из свою парадоксаль"'*", когда вспомним, чзо масса всех планет нашей 3(печной системы составляет в совокупности ~олько долю (0,0013) массы Солнца и что такого же ка отношение должно иметь место и для других "" (если они обладанп планетами). Значит, около всего вещества мира сосредоточено в Солнце ,яьвездах, средняя земпература которых исчисляется ками миллионов градусов.
Наше Солнце - типичзвезда; темпера гура на ее поверхности б000 С, я)(вдрах жс - не менее 40 000 000. С. И поз ому за ' юю темпераз.уру вещества во Вселенной мы "')»ны принять оценку в 20 миллионов градусов. '-Дело мало измени ~ ся, если сга ~ ь на ту з очку я (озсгаиваемую Эддишзоном), чзо межзвездное рансгво не абсолютно свободно от весомой 'сии, а занято веществом в состоянии крайнего ения по десятку молекул на 1 смз (в 20 " ионов раз меньше, чем в самой «пустой» из '...отпых электрических лампочек).
При этом допущеобщее количество вещесзва в межзвездных про' нсзвал будет превышать раза в три ту материю, ',рая сосредоточена в звездах. Так как температура "вездного вещества примерно — 200 С или даже ",:,: ниже, 3 ~4 всего вещесз ва мира окажется при "С и 1/4 — при 20 миллионах градусов. Средняя 'нина для температуры вещесгва Вселенной получит'хогда около 5 миллионов градусов. :Так или иначе, неизбежен вывод, что гемперазура 1ерии мира в среднем не ниже нескольких миллионов "" усов, причем чань ее находизся при 20 и более '"' 'ионов градусов„другая при минус 200 С и ниже.
,'долю тех умеренных температур, которые господт в непосредственно окружающей нас природе, 'одизся исчезанлце малая доля вещесзва. 239 Итак, типичными лля ',~фф(~ ф~~ - вещества з емпературахю являются крайне низки, приближающиеся к абсолютному нулю (есл~ ® . оправдается гипотеза З,с лингтона), и крайне выс кая, исчисляемая деся~кл- 4 ми миллионов градусол / Наша физика, как видим, есть физика матерю. в исключизельпы . условиях, а те состояния .4 вещества, ' которые мы рнс.!26. Опыт получения темпе- привыкли считазь исклю. рвтуры 20000 О "Экспериментатор ЧИЗ'ЕЛЬНЫМИ.
ЯВЛЯН>ГСя змцнгпен особым костя мом от в сущности т и и и ч н ылсйстввя взрывной вгвгны 1в 232Ь ми. физика главной млс. сы мирового вещества нам едва знакома; ее изучегш есть задача будущего. Мы имеем очень скудные знающ о свойствах вещества при земпературах, близких к абсолютному нулю, и вовсе не представляем себе, чго такое вещесз.во при десятках миллионов градусов.
Наивысшая температура, какая наблюдалась гю Земле, достигнута была в опытах 1920-- 1922 ~ т, произведенных Андерсеном на обсерватории горгя Вильсон, н Вендьом в Чикаго. Через тонкую и короткую проволоку, весом всего 0,0005 г, производился мгновенный разряд элекзрического конденсатора, причем в течение 1ОО 000-й доли секунды проволока получала 30 калорий. Она нагревалась, по вычислениям экспериментаторов, до 20000 С в одних случаях (рис. 136) и до 27 000' С в других, побивая нсе рекорды температуры, с которыми физики до гсх пор имели дело в своих лабораториях (рис. 137) Свет, испускавшийся проволокой.
так нагретой, бы ~ ярче солнечного в 200 с лишним раз. Если сосуд, в коз.ором находилась проволока, бы: наполнен водою, он разлетался при опытах на мельчайшие пылинки, в которых нельзя было узнать сзсьла. На расстоянии полуметра от места взрыва лицо и руки экспериментаторов испытывали сильный удар взрывной волны, если не были одезы в особый защитный кости>м. Волна взрыва распространялась в 10 раз быстрее звука. Молекулярное двихгени 240 Ао ытп В лаборатории 20000 С 18000 ф Температура ппберхности Солнца Температура Вольтобой дуги ПлаВление никеле Утрата магнитных сбойстб 600 Красное каление ул;-С Кипение Воды Ф~» Тинное льда Ябсолн!тный нуль — 27да г !37, Вехи на пути к тсмпаратурс 20000 С 1К птаату на нопрос 232.! 24! ,'.,Н.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
