Техника - молодёжи 1967-06, страница 11

Изотермы двухфазной системы (газ + жидкость). При критической температуре горизонтальный участок сжимается в точку, называемую критической.

стоят стройными рядами, как солдаты на смотру. В газе, наоборот, господствует полный беспорядок — молекулы ведут себя, как толпа на гулянье, — каждый идет куда хочет, толкает других и сам подвергается беспорядочным толчкам посторонних. Тепловое движение создает молекулярный хаос, неупорядоченное движение, ограниченное лишь взаимной непроницаемостью молекул. Наоборот, силы взаимного притяжения стремятся стянуть все молекулы вместе и «упаковать» их как можно более плотно. При высокой температуре, там, где кинетическая энергия теплового движения превосходит потенциальную энергию взаимного притяжения молекул, вещество образует газ. При низких температурах, наоборот, потенциальная энергия превышает кинетическую. Молекулы располагаются настолько плотно, что тепловое движение может быть только коллективным — двигаясь, молекула давит на соседей, и движение перекатывается, как волны, от одной грани кристалла до другой. Если же кинетическая энергия в точности уравновешивает потенциальную, то мы попадаем в критическую точку, где вещество одновременно И газ и жидкость!

При медленном сжатии газа, находящегося при температуре ниже критической, сила сцепления между молекулами будет увеличиваться вместе с плотностью вещества. Наконец наступит момент, когда энергия взаимного притяжения станет больше энергии столкновений, стремящихся расталкивать молекулы. Тут и начнется самопроизвольное «сцепление» вещества, которое будет продолжаться до тех пор, пока молекулы не «упрутся» друг в друга и не появится сильное взаимное отталкивание. Короче говоря, образуется подвижная масса молекул. Все они «касаются» друг друга, но обладают еще слишком сильным тепловым движением для того, чтобы установиться упорядочение и стать твердым телом. Иными словами, перед нами — жидкость.

И НАКОНЕЦ — КАК ПОСТРОЕНА ЖИДКОСТЬ?

"Жидкость занимает промежуточное место между газом ^ЛЖЛи кристаллом. И ее молекулы должны находиться в каком-то «полуупорядоченном» состоянии. Можно придумать две модели «полуупорядоченности». Например, представим себе, что правильное расположение молекул

в кристалле испорчено многочисленными дырками. Или, иными словами, вещество, в котором осколки «кристалла» беспорядочно «плавают» между отдельными молекулами.

По сути дела, это механическая смесь газа и жидкости. Существует, однако, другая модель, в которой жидкость является основным, наиболее общим состоянием вещества, тогда как газ и кристалл можно представить его граничными, или, как говорят физики, «вырожденными», состояниями.

Потенциальная энергия стягивает отдельные молекулы в флуктуации — капли, которые, как целое, колеблются аналогично атомам в кристалле. Но внутри капли молекулы сохраняют свои газообразные движения. Скажем, капли — это мячики от пинг-понга, в которых, как горох, насыпаны молекулы. А самй мячики расположены и движутся упорядочение.

Когда вещество нагревают, беспорядочные движения усиливаются, капли раздуваются, увеличиваются и, наконец, лопаются, превращаясь в пар. При охлаждении они сжимаются, и, когда кинетической энергии не хватит, чтобы Перемешивать соседние молекулы, жидкость затвердевает в кристалл.

До самого последнего времени вторая модель успехом не пользовалась. Никак не удавалось объяснить два фундаментальных факта: почему капли не сливаются вместе и почему все они получаются примерно одинакового размера? И лишь недавно выяснилось, что именно эта модель хорошо объясняет свойства вещества в критическом состоянии. Удалось показать, что в то время, как неподвижная капля неустойчива и имеет тенденцию непрерывно расти, сливаясь с соседями, колеблющаяся капля

резко от нее отличается. Колебания возникают вследствие взаимодействия поверхностной энергии .капли (поверхностного натяжения) с тепловым движением ее молекул. Колеблющаяся капля оказывается устойчивой, причем максимум устойчивости обнаруживается у капель некоторого определенного размера. В результате действия тяжести капли оседают на Дно сосуда. Их колебательное движение будет продолжаться лишь в том случае, когда оно становится коллективным, то есть, если в жидкости, как и в кристалле, существуют совместные тепловые движения. Однако теперь вместо отдельной молекулы Колеблющимся элементом будет целая капля, состоящая из многих молекул.

Капельная модель хорошо объясняет не только критическое состояние вещества. Удалось объяснить и некоторые из аномальных свойств воды, предположив, что ее молекулы группируются в довольно большие сферические агрегаты — примерно по 150—300 Молекул в каждом, имеющие сложную внутреннюю структуру.

И наконец, есть Ёозможность создать модель, объясняющую образование стекла — переохлажденной жидкости большой механической прочности. Из теории следует, что диаметр жидкостной капли зависит от средней потенциальной энергии среды, а не от размера молекулы. Поэтому возможен случай, когда «голова» длинной молекулы находится в одной капле, а «хвост» — в другой. Все капли оказываются крепко связанными, и вещество затвердевает, сохраняя свое «капельное» жидкое строение. Это и есть стекло.

Об эгом мы когда-то писали ~-

ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ СТРАНЫ

У нас есть гидроэлектростанции, которые не требуют никакого обслуживающего персонала, кроме ремонтного.

Угличская гидростанция, находящаяся в 150 км от Москвы, запускается, управляется и останавливается из Москвы.

Перервинская гидростанция» принадлежащая каналу имени Москвы, полностью автоматизирована. На станции нет дежурного персонала, кроме ремонтного, который периодически осматривает оборудование.

В настоящее время расход топли

ва на 1 квт-ч у нас в 2 раза меньше, чем был на электрических станциях в дореволюционной России. Блестящая идея размещения электростанций ближе к топливу полностью себя оправдала. Например, стоимость электроэнергии на Зуевской электростанции, работающей на отходах донецкого угля, приближается к стоимости электроэнергии, вырабатываемой гидроэлектрЪст нцией, а это самая дешевая электроэнергия.

«Т-М», № 4, 1949 год

6