Близ абсолютного нуля
Нуль на наших термометрах — это условная точка, вовсе не означающая, что при этой температуре тело не заключает в себе теплоты. Напротив, при этом в телах имеется еще некоторый запас тепловой энергии. Частицы (молекулы) таких тел находятся в оживленном движении — в этом и состоит теплота. Молекулы воздуха, например при 0° Ц, движутся по всевозможным направлениям со средней скоростью около полукилометра в секунду, а молекулы водорода, гораздо более легкие, ударяются друг о друга и о стенки заключающего их сосуда со среднею скоростью в 1840 метров в секунду; это больше начальной скорости снаряда сверхдальнобойной пушки.
Но существует и такая температура, при которой весь запас теплоты в телах исчерпывается без остатка. Это так называемый абсолютный нуль, лежащий на 273,1° ниже нуля термометра Цельсия. При абсолютном нуле беспорядочное движение молекул тела прекращается совершенно; молекулы находятся в покое в том смысле, что перестают сталкиваться и ударять в стенки сосуда.
Недавно (в апреле 1935 г.) получено известие, что в стремлении приблизиться к этой замечательной точке ученые добились значительного успеха: в холодильной лаборатории университета города Лейдена (Голландия) добыта температура, отличающаяся от абсолютного нуля на ничтожную величину. Если бы удалось продвинуться еще на 0,005°, то заветная точка была бы достигнута.
Практически ученые так близко подошли к этой температуре, что молекулы, казалось бы, должны быть почти неподвижны. Расчет показывает однако, что даже при температуре на 0,005° выше абсолютного нуля молекулы никак нельзя считать близкими к состоянию покоя.
Теория установила, что скорости теплового движения молекул данного тела при разных температурах относятся между собою как квадратные корни из их температур, считаемых от абсолютного нуля. Пользуясь этим правилом, определим скорость движения молекул водорода при температуре на 0,005° выше абсолютного нуля. Мы уже знаем, что при: 0°Ц (т. е. на 273,1° выше абсолютного нуля) водородные молекулы имеют скорость 1840 метров в секунду. Поэтому можем составить пропорцию:
\(\frac{1840}X=\frac{\sqrt{237.1}}{\sqrt{0.005}}\)
где X — искомая скорость молекул водорода при температуре на 0,005° выше абсолютного нуля. Правая часть равенства, как легко вычислить, равна \(\sqrt{54620}\), т. е. около 234. Поэтому
\(X=\frac{1840}{234}=\) около 8.
Молекулы водорода движутся со скоростью 8 м в секунду, или около 29 километров в час. Движение со скоростью автомобиля на городской улице еще далеко от состояния полного покоя! К тому же найденная скорость — средняя; часть молекул движется быстрее этой средней величины. Можно доказать, что при 0,005° абсолютной температуры существует некоторая часть молекул, которые движутся быстрее курьерского поезда.
Я. ПЕРЕЛЬМАН
Комментариев нет:
Отправить комментарий