Техника - молодёжи 1939-02, страница 26

В. ПОДРЕЗОВ

Рисунки Л. СМЕХОВА

Всякое пространство обладает тремя измерениями. Окружающий нас мир, наполняющие его предметы и мы сами — все это имеет длину, ширину и толщину. В любом физическом теле, в любом трехмерном веществе молекулы его двигаются или располагаются по трем измерениям. Сама молекула, эта мельчайшая основа всякого вещества, также трехмерна.

Казалось бы, что при таком положении не может быть и речи о «двухмерном» веществе. Однако есть вещества, которые при известных условиях оказываются в весьма странном и своеобразном состоянии. Они ведут себя так, как будто существуют в двухмерном мире. Вещества, находящиеся в подобном состоянии, условно называются «двухмерными».

Что же это за двухмерное состояние вещества, в чем оно выражается и какова его природа?

Вообще говоря, двухмерное тело должно было бы обладать только двумя измерениями. Если оно имеет, например, длину и ширину, то в нем должна отсутствовать толщина. Такие тела изучает математика. Но двухмерные геометрические фигуры существуют только в нашем воображении, "а не в реальном мире.

Двухмерные вещества, о которых здесь идет речь, имеют толщину. Толщина эта равна диаметру всего одной молекулы. В чем же дело? Почему эти вещества двухмерны? Двухмерными их называют потому, что молекулы этих веществ могут передвигаться и располагаться только в двух измерениях.

Двухмерные вещества , имеют чрезвычайно большое распространение. Человечество пользовалось ими в течение многих веков, даже не подозревая об их «двухмерно-сти». Они играют громадную роль в природе, в быту, в технике и науке. Неудивительно, что ученые различных стран уже несколько десятилетий изучают эти загадочные вещества.

Совершенно ясно, что особенности двухмерного вещества определяются свойствами его трехмерных молекул, расположенных в

двух измерениях. Постигнуть эти особенности можно, зная основы молекулярного строения трехмерного вещества.

Молекулы, из которых состоят все тела, чрезвычайно малы Представьте себе стакан, наполненный водой. Если бы все молекулы этой воды каким-то чудесным образом превратились в зерна пшеницы, то получились бы грандиозные запасы хлеба. Их было бы вполне достаточно, чтобы кормить население всего земного шара в течение тысячелетий.

Диаметр молекул простейших веществ равен примерно одной стомиллионной доле сантиметра. Если бы гакая мельчайшая частица вещества выросла до размеров небольшого яблока, то для сохранения прежних пропорций между молекулой и яблоком последнее должно было бы иметь размеры земного апара.

Молекулы всякого газа пребывают в постоянном хаотическом движении. Они напоминают рой мошек, носящихся в воздухе. Одни молекулы летят быстро, другие медленно, но средняя скорость их движения очень велика. Ее можно сравнить со скоростью летящей пули. Удары, производимые во все стороны неисчислимой армией молекул, и представляют собой давление газа. Таким образом, давление газа на какую-либо поверхность объясняется непрерывной бомбардировкой этой поверхности несметным количеством молекул.

При сжатии газа уменьшается его объем. Так как число молекул при этом не изменяется, то в более тесном пространстве они чаще налетают друг на друга, чаще ударяются в ограничивающую их поверхность, поэтому давление сжимаемого газа возрастает. Так современная молекулярная теория объясняет закон обратной зависимости между давлением и объемом газа.

Давление таза можно повысить не только посредством сжатия. Есть и другой способ. Если производить нагревание газа, находящегося в герметически закрытом сосуде, то и в этом случае его давление будет возрастать. Нагревание повышает скорость движения

молекул, и благодаря этому они чаще сталкиваются друг с другом, чаще бомбардируют стенки сосуда.

Связь между давлением, объемом и температурой газа выражается уравнением, широко применяемым учеными и техниками:

pv = RT.

Здесь р — давление газа, г — его объем, Т — температура по абсолютной шкале и Л*—коэфици-ент пропорциональности. Это уравнение показывает, что при неизменной температуре объем, занимаемый каким-либо газом, уменьшается во столько раз, во сколько увеличивается давление газа.

Как же физически возможно такое уплотнение? Промежутки между молекулами газа весьма значительны, и при сжатии расстояние между молекулами уменьшается. Но газ нельзя сжимать беспредельно. С повышением давления наступает момент, когда промежутки между молекулами становятся очень малы. В этот момент вещество из газообразного состояния

Наблюдая, как его малолетний сын за• бавляется пусканием мыльных пузырей, доктор глубокомысленных наук Арк-Си-нус заинтересовался толщиной стенок пузыря. Направив на чыльный пузырь изобретенный им супермикроскоп, доктор обнаружил, что толщина пленки составляет всего несколько молекул. «Дуй сильней!» закричал он своему сыну, надеясь увидеть пленку толщиной в одну молекулу. Сын принялся дуть изо всех сил. Пленка растянулась и стала тоньше, но как только ее толщина достигла одной молекулы, пузырь лопнул, забрызгав объектив су пермикроскопа.

25