Техника - молодёжи 1967-06, страница 10

асто приходится слышать, что мы живем в век атома и космоса. что «классическая» физика себя полностью исчерпала.

Но на фронте науки, как и на фронте боевых действий, часто случается, что какая-нибудь проблема упорно сопротивляется всем попыткам ее решить. Она стоит. • как старая крепость: фронт накатывается на нее, отступает, обтекает кольцом и начинает двигаться дальше. А тылу остается враждебная твердыня, которая то и дело дает о себе знать то нерешенной важной технической проблемой, то просто тяжелым разочарованием, когда много лет потеряно на, казалось бы, близкую и разрешимую загадку. В таком положении оказались некоторые проблемы классической физики. Находясь в стороне от модных течений, требуя исключительно тонкого математического аппарата и не менее тонкого искусства экспериментатора. они долгое время

не привлекали особого интереса, пока развитие других отраслей физики не начало задерживаться именно из-за них.

С XIX века известно изречение химиков: «Химические реакции хорошо идут только в жидком состоянии». В наши дни техника ушла далеко вперед; она применяет реакции и между газами и между твердыми телами, но и сейчас жидкости участвуют более чем в 80% всех процессов химической промышленности. Почти вся живая материя пребывает в практически жидком состоянии.

Наконец, нашумевшую за последнее время «тайну» талой воды также нельзя решить, пока не появится решение более общей задачи — о строении жидкости.

ЧТО ТАКОЕ ЖИДКОСТЬ?

i начала такой вопрос кажется просто нелепым. Жид-кость — это вода, бензин, вино... ну все, что течет, все, что можно налить, все, что принимает форму сосуда. Но уже при чуть-чуть более внимательном подходе мы убеждаемся, что подобные ответы по меньшей мере не полны. Так, сапожный вар или асфальт, да и лед, хотя и медленно, но текут, а газы принимают форму того сосуда, в котором находятся. Более 'того, само определение слова «жидкость» требует уточнения: должны ли мы считать жидкостью любое свободно заполняющее сосуд вещество или можно ограничиться только тем случаем, когда у этого вещества есть «мениск» — свободная поверхность раздела с воздухом или с ее собственным паром? Однако обсуждение этого (отнюдь не тривиального) вопроса завело бы нас слишком далеко. И мы договоримся считать жидкостью ту текучую среду, в которую переходит твердое тело или кристалл при плавлении и которая сама при достаточном нагревании вскипает и обращается в пар. Такое определение, разумеется, неполно, ио оно хорошо соответствует бытовому смыслу

слова и достаточно для дальнейшего разговора

Из того, что твердые тела плавятся, образуя жидкость, а сама жидкость, испаряясь, превращается в газ (или пар), можно предположить, что ее свойства должны оказаться промежуточными между- этими двумя состояниями. Но та комбинация, в которой эти свойства проявляются, заставляет нас смотреть на жидкость как на нечто удивительное.

Причем особенно любопытно ведет себя жидкость в «переходном» ее состоянии, когда она становится газом. Для того чтобы разобраться в этом, проанализируем крайне интересную для физиков так называемую «критическую точку».

КРИТИЧЕСКАЯ ТОЧКА

В. ЗАМКОВ, кандидат физ.-мат. наук Рис. Р. Мусихиной

Е;

а вкладке изображены две модели жидкости. Вещество Ж проходит сложный путь изменения агрегатного состояния ^■от идеального газа (максимум температуры и минимум ^■давления) до кристалла (высокое давление и относительно небольшая температура). В классической модели по мере ^■приближения вещества к твердому состоянию молекулы собираются все более упорядоченными группами. И жид-■ ^кость можно считать незавершенным кристаллом. Капель-^ную модель характеризуют парные и групповые соединения I молекул в своеобразные капли. Тогда жидкость предстает « подобием одной гигантской капли.

ели отложить на графике по одной оси объем вещества, а по другой давление, оказываемое им на стенки сосуда, то мы получим так называемую диаграмму состояния. При определённой температуре точки лягут на кривую, носящую название изотермы.

Вот она на рисунке. Справа — часть, соответствующая газу, слева — жидкости. Горизонтальный участок показывает, что таз переходит в жидкость при строго постоянном давлении. Но не все изотермы имеют точно такую форму. Для каждого вещества существует своя температура, Тк , при которой горизонтальный участок кривой стягивается в точку. Это и есть знаменитая критическая точка. Вещество в ней не жидкость, не газ, а сама точка, по-видимому, так же недостижима экспериментально, как и абсолютный нуль. II если к абсолютному нулю подошли на одну миллионную градуса, то к критической точке не сумели подобраться, ближе чем на несколько десятитысячных.

Многие свойства жидкости уже исследованы и полностью объяснены. Но необъясненные вопросы умножаются при приближении к критической точке. Некоторые параметры обращаются в нуль, другие — аномально возрастают. Во многих случаях не только закон, по которому происходит такое возрастание или убывание, но и сам факт не вытекает ни из одной известной теории, удовлетворяющей придирчивых физиков.

Критическая точка — равновесное состояние вещества. Иными словами, без внешних влияний вещество могло бы находиться в подобном состоянии бесконечно долго. Как же согласовать это утверждение с экспериментальной «недостижимостью» критической точки? Ответ заключается в словах «без внешних влияний». Оказывается, достаточно самых ничтожных внешних источников энергии, чтобы вещество «ушло» из критической точки. Более того, подобная изоляция практически немыслима.

ПОРЯДОК И БЕСПОРЯДОК

ТГ все же критическая точка интересует физиков не из-^АЛ- за тех необъяснимых, аномальных явлений, которые в ней наблюдаются. Ее главное в том, что она является как бы мостиком для перехода к изучению «обычного», жидкого состояния.

Основное различие между газом, жидкостью и кристаллом — степень упорядоченности положений и движения их молекул. Кристалл вполне упорядочен — все молекулы

значение заключается