МОЛЕКУЛАЛЫҚ ФИЗИКАДА ЖЫЛУ ҚҰБЫЛЫСТАРЫ

Макроскопиялық денелер. Біз макроскопиялық денелер әлемінде өмір сүрудеміз. Біздің денеміз - бұл да макроскопиялық дене.

Физикада саны қисапсыз көп молекулалардан тұратын үлкен денелер макроскопиялык, денелер деп аталады. Баллондағы газ, стақандағы су, кұм қиыршығы, тас, болат таяқша, жер шары - міне, осының бәрі макроскопиялык денелер.

Механика және механикалық қозғалыс. Ньютон механикасында уақыттың өтуіне қарай бір дененің екінші бір денеге қатысты кеңістіктегі орын ауыстыруы, яғни макроскопиялық денелердің механикалык, қозғалысы қарастырылады.

Механика денелердің қозғалысын зерттейді, бірақ ол неліктен қатты, сұйық және газ тәрізді денелердің болатынын және бұл денелер бір агрегаттық күйден басқа күйге қалай ауыса алатынын түсіндіре алмайды. Денелердің ішкі қасиеттерін зерттеу механиканың міндетіне жатпайды.

Механикада күштерді денелердің жылдамдықтарын өзгертудің себебі ретінде ғана қарастырады, бірақ бұл күштердің табиғаты, олардын, пайда болуы ешбір айқындалмайды. Денелер сығылғанда неліктен серпінділік күштіи пайда болатыны, неліктен үйкелістің болатыны түсініксіз күйде қала береді. Көпгеген, тіпті аса көп мәселелерге Ньютон механикасы жауап бере алмайды.

Мұны Ньютонның өзі де жақсы түсінді. Мына асыл сөз оның өз сөзі: «Мен әлемге қалай болып көрінетінімді білмеймін, бірақ әзімді теңіз жағасында ойнап жүрген және әредік-әредік бірінен-бірі өткен малта тастар немесе әп-әдемі ұлу қабыршағын тауып алып, соларды қызықтап ермек қылған баланың ісін істеген сияқты сезінемін, өйткені сол кезде-ақ менің алдымда әлі сыры ашылмаған, қойнауы құпияға толы ақиқаттың ұлы мұхиты жатқан еді».

Жылу құбылыстары. Механикалық қозғалыстардан кейінгі нағыз елеулі құбылыстар - денелер температурасының өзгеруіне қарай олардың қызуына немесе суынуына байланысты құбылыстар. Бұл құбылыстар жылу құбылыстары деп аталады.

Механикалық қозғалыстар денеде, егер сонда бір алапат соқтығысулар болмаса, онша елеулі өзгеріс туғыза қоймайды. Ал денені қыздыру немесе суыту оны танымастай етіп өзгертуге қабілетті. Мөп-мөлдір суды қатты қыздырып, біз оны көрінбейтін буға айналдырамыз. Қатты суығанда су мұзға айналады. Былай ойлап қарасақ, мұның өзі жұмбақ және таңда-нарлық құбылыс. Ол бала кезімізден үйреншікті құбылыс болғандықтан, біз оған мән бере қоймаймыз. Бұл заңдар материя козғалысының ерекше түрі - макроскопиялық денелердің бәріне тән, олардың кеңістікте қозғалатын, қозғалмайтынына байланыссыз болатын жылулык, қозғалыс.

Молекулалардың жылулық қозғалысы. Барлық денелер атомдар мен молекулалардан тұрады. Жылу құбылыстары денелердің ішінде жүріп жатады және сол бөлшектердің қозғалыстарына байланысты анықталады. Атомдар мен молекулалардың қозғалысын иттің немесе автомобильдің жүрісімен салыстыруға келмейді. Заттың атомдары мен молекулалары бейберекет қозғалыс жасайды, сондықтан одан қандай да бір жүйеліліктің ізін көру қиын. Молекулалардың бейберекет қозғалысын жылулык, қозғалыс деп атайды.

Біздің айналамыздағы денелердегі молекулалардың саны қисапсыз көп, сондықтан да олар бейберекет қозғалады. Әрбір молекула басқа молекулалармен соқтығысқанда өзінің жылдамтығын үнемі өзгертіп отырады. Соның нәтижесінде оның траекториясы - шым-шытырық, ал қозғалысы ретсіз, тіпті буырқанып жатқан су ағынындағы жаңқаның немесе илеуі бұзылған құмырсқаның қозғалысынан әлдеқайда ретсіз болады.

Аса көп молекулалардың бейберекет козғалысы денелердің ретті механикалық орын ауыстыруынан мүлде өзгеше. Ол материя қозғалысының өзіндік ерекше қасиеттері бар өзгеше бір түpi болып табылады. Алдағы әңгіме - осы ерекше қасиеттер туралы болмақ.

Жылу құбылыстарының маңызы. Біздің планетаның өзімізге үйреншікті кейпі аз ғана температура аралығында сақталады және сақталып тұра алады. Егер температура 100°-тан асса, онда Жердегі қалыпты атмосфералық қысымда өзен де, теңіз де, мұхит та болмас еді, тіпті жалпы су атаулы болмас еді. Су біткеннің бәрі буға айналып кетер еді. Температура бірнеше ондаған градусқа төмендегенде мұхиттар орасан зор мұзайдынға айналар еді.

Жыл мезгілі ауысқанда температураның тек 20-30°С өзгерісінің өзі орта ендіктерде планетаның бүкіл кейпін өзгертеді. Көктем шығысымен табиғат ояна бастайды. Орман жапырақ жамылып, жер беті көк майсаға бөленеді. Қыста өсімдіктер өмірі тоқырайды. Жерді қалың қар кабаты жабады.

Температураның бұдан да гөрі болмашы өзгеру аралығы жылы қанды жануарлар өмірін сақтау үшін қажет. Жануарлар мен адамдардың температурасы белгілі бір қатаң деңгейде жылу реттегіш ішкі механизмдер арқылы сақталып тұрады. Тем­пература аздап қана жоғарыласа болғаны, біз сырқаттанғанымызды сеземіз. Ал температураның бірнеше градусқа өзгеруі организмдердің өлуіне әкеп соғады. Ендеше жылу құбылыстарының ертеден-ақ адамдардың назарын өзіне аударуы таңқаларлық жай емес. Отты шығарып алу және оны ұзақ уақыт өшірмей, сақтай білу адамдарды қоршаған орта температурасының тербелуіне бағыныштылықтан кұткарды. Бұл адамзат ашқан ұлы жаңалықтардың бірі еді.

Температураның өзгеруі денелердің барлық қасиеттеріне әсерін тигізеді. Мысалы, қыздырғанда немесе суытқанда қатты денелердің өлшемдері мен сұйықтардың көлемі өзгереді. Олардың механикалық қасиеттері, мысалы, серпінділігі, айтарлықтай өзгереді. Резеңке түтікшені балғамен ұрғаннан, ол өзгермейді. Бірақ 100°С-тан темен температураға дейін суытқанда резеңке шыны тәріздас морт, сынғыш келеді. Ақырын соққанның өзінде резеңке түтікше уатылып кетеді. Қыздырғаннан кейін ғана бл өзінің серпінділік касиетіне ие болады.

Температура өзгергенде денелердің механикалық қасиеттерінен басқа қасиеттері де өзгереді, мысалы, электр тоғына кедергісі, магниттік қасиеті және т. б. Айталық, егер тұрақты магнитті қатты қыздырсақ, онда ол темір заттарды тартпайтын болады.

Жоғарыда аталғандардың бәрі және басқа да көптеген жылу құбылыстары белгілі бір зандарға бағынады. Жылу құбылыстары бағынатын зандардың ашылуы, осы құбылыстарды толык, пайда тигізетіндей етіп практикада, техникада қолдануға жәрдемдеседі. Қазіргі жылу двигательдері, газдарды сұйылтуға арналған қондырғылар, суытқыш аппараттар және басқа құрылғылар осы заңдарды білудің негізінде жасалады.

Молекула-кинетикалық теория. Ертедегі философтардың өздері-ақ жылу - ішкі қозғалыстың бір түрі екенін аңғарған. Бірақ тек XVIII ғасырда молекула-кинетикалык, теория жүйелі дами бастады. Молекула-кинетикалык, теорияның мақсаты - макроскопиялык; денелердің қасиеттерін және оларда болып жататын жылулык, процестерді барлық денелер жекелеген, бейберекет қозғалатын бөлшектерден турады деген уғым негізінде тусіндіру.

Молекула-кинетикалық теорияның дамуына ұлы орыс ғалымы М. В. Ломоносов үлкен үлес қосты. Ол жылуды затты құ­рап тұрған бөлшектердің айналмалы қозғалысы ретінде қарастырды.

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев. Физика. -Алматы, 1998. -256 бет.