Тепловое движение молекул (атомов)

Наблюдение за поведением любого вещества, а также специальные эксперименты показывают, что молекулы (атомы) вещества находятся в постоянном беспорядочном движении независимо от того, имеем ли мы дело с твердым, жидким или газообразным состоянием вещества. Это движение обусловливает собой наличие в любом веществе внутренней кинетической энергии, которая, как мы увидим ниже, связана с температурой вещества. Поэтому то беспорядочное движение, в котором всегда находятся молекулы (атомы), называется тепловым, а теория, изучающая тепловое движение молекул (атомов), называется кинетической теорией материи.

Впервые представления о внутреннем, тепловом движении частиц вещества развил Михайло Васильевич Ломоносов (1744 г.).

Тепловое движение частиц твердого тела носит колебательный характер: частицы колеблются около среднего положения с различными амплитудами и в разных плоскостях. Такой характер теплового движения частиц твердого тела обусловливается тем, что между ними имеются прочные связи, делающие твердое тело способным самостоятельно сохранять свой объем и форму.

Тепловое движение молекул жидкости носит в основном уже поступательный характер с различными скоростями, в разных направлениях; это объясняется меньшей прочностью связей между молекулами жидкости; жидкость способна сохранять самостоятельно только объем но не форму.

Наконец, тепловое движение молекул газообразного вещества имеет только поступательный характер с очень слабым взаимодействием между молекулами, особенно при низких давлениях. Благодаря тепловому движению при наличии лишь слабой связи между молекулами газообразное вещество неспособно самостоятельно сохранять ни формы, ни объема, а всегда занимает весь предоставленный ему объем.

Имея в виду постоянное хаотическое тепловое движение молекул газа, мы легко объясняем все явления, с которыми нам приходится сталкиваться при изучении вакуумной техники. Приведем несколько примеров.

• 1. Свойством газообразных веществ занимать весь предоставленный им объем пользуются для извлечения их из какого-либо сосуда, например для откачки любого электровакуумного прибора при помощи механических насосов.

• 2. Свойство газообразных веществ проникать друг в друга (взаимная диффузия) использовано для разработки так называемых диффузионных насосов, позволяющих с большой скоростью получать предельно низкие давления.

• 3. Тепловым движениехМ частиц воздуха объясняется «натекание» вакуумных систем, т. е. проникновение атмосферного воздуха внутрь вакуумной системы через неуплотненное («негерметичное») место.

• 4. Тепловым движением объясняются такие важные свойства газообразных веществ, как теплопроводность, т. е. перенос (молекулами) тепла от более нагретого к менее нагретому телу в газовой среде, как внутреннее трение или вязкость газа, т. е. передача количества движения от одного слоя газа к другому, и многие другие.