Налейте некоторое количество насыщенного (темно-голубого) раствора медного купороса в высокий лабораторный стакан. При растворении кристаллов медного купороса (соли) в воде происходит распад его на ионы Cu²⁺ и SO^2-₄ . Ионы Cu²⁺ ответственны за голубую окраску раствора. Затем осторожно с помощью пипетки налейте поверх раствора медного купороса слой воды.

Накройте стакан бумажным фильтром и не прикасайтесь к нему несколько дней. В первоначальный момент водный слой будет находиться над раствором медного купороса (рис. 1.11, а), поскольку он менее плотен. Однако со временем пограничная линия начнет довольно быстро исчезать, и через несколько дней раствор станет однородного бледно-голубого цвета (рис. 1.11, б).

Твердые тела 

Согласно молекулярно-кинетической теории вещество состоит из мель­чайших частиц (молекул, атомов или ионов), стабильность которых поддер­живают внутримолекулярные силы. В твердом теле эти силы достаточно велики для того, чтобы удержать мо­лекулы вместе, придавая этому ве­ществу его жесткую форму. Моле­кулы в твердом теле совершают не­прерывное колебательное движение около некоторого среднего положения. Они не перемещаются внутри объе­ма твердого тела. По мере повы­шения температуры амплитуда коле­баний молекул увеличивается, а вмес­те с тем возрастает число молекул, оторвавшихся от среднего положения, вокруг которого они совершали коле­бания.

Приготовьте раствор олеиновой кислоты в спирте определенной концентрации, напри­мер 1 см³кислоты в 1000 см³ раствора. Этим раствором наполните градуированную по 1 см³ пипетку и определите число капель, содер­жащееся в 1 см³этого раствора. Подсчитайте число капель в 1 см³несколько раз и выве­дите среднее число n. Таким образом, сред­нее значение объема, соответствующего од­ной капле, равно 1/n см³. Объем, занимаемый олеиновой кислотой в одной капле, составит 1/С х 1/n см³.

Наполните большой чистый сосуд почти до краев водой и слегка посыпьте ее поверхность ликоподиевым порошком. Держа пипетку не­посредственно над поверхностью воды, осто­рожно капните одну каплю раствора в центр водной поверхности. Смесь олеиновой кисло­ты и спирта понижает поверхностное натяже­ние   воды,   и   порошок   раздвинется   к   краям сосуда. Спирт испаряется, оставляя постоянное пятно кислоты площадью А см². Измерьте от­четливое пятно измерительной линейкой в двух направлениях под прямым углом. При этом  вы можете  рассматривать  эту  площадь как   квадрат   или   прямоугольник   или   же   относиться  к  ней  как к  кругу,  подсчитав  сред­ний  «радиус».  Такая  довольно  грубая  оценка площади отчетливого  пятна будет достаточна для определения порядка значения линейного размера молекул. Если данный объем V кис­лоты растекается на максимальную площадь, то толщина образовавшейся пленки будет ми­нимальной. Эта толщина и будет близка к среднему линейному размеру t молекулы кислоты.

Все вещества в разных условиях могут быть подразделены на три сос­тояния: твердое, жидкое и газообраз­ное. Всякое вещество состоит из мо­лекул или атомов в различных энер­гетических состояниях.

Молекулы

Молекула какого-либо вещества — это наимельчайшая частица этого ве­щества, которая существует в обыч­ных условиях и при этом сохраняет все признаки этого вещества.

Средняя цифра для размера t моле­кулы— порядка 1х10^-9 м. Весьма трудно наблюдать размеры настолько малые, как 10^-9 м. Это означает, что одна тысяча миллионов молекул, по­мещенных рядом, растянется вдоль од­нометровой линейки. Тысячу мил­лионов также почти невозможно пред­ставить. Эта цифра примерно пред­ставляет все население Индии, Ки­тая, США и бывшего СССР.

Молекула может состоять из груп­пы еще более малых частиц, назы­ваемых атомами. Например, молекула водорода (газа) состоит из двух ато­мов водорода, соединенных между собой.

Молекулы могут состоять из одно­го атома, как в инертном газе ар­гоне, из двух одинаковых атомов, соединенных вместе, как в случае с газом кислородом, или же из малой группы атомов, соединенных между собой, как в случае с водой, моле­кула которой состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Очень большие группы атомов тоже могут соединяться друг с другом, об­разуя полимеры, и т. д.

Другим важным понятием, которое пронизывает всю физику, является энергия. Как и силу, ее невоз­можно увидеть и к ней нельзя при­коснуться, хотя и ее проявления оче­видны. Чем бы ни являлась энергия, ее проявления заставляют нас сказать, что энергия ответственна за то, что мы наблюдаем вокруг нас. Энергия — это мера способности или возможности производить работу. В физике работа является специфическим термином, который нуждается в объяснении.

Два одинаковых шара, покрытые металлом, подвешены к стержню так, что расстояние между ними может ме­няться. На рисунке 1.3, а шары пока­заны на малом расстоянии друг от друга в равновесии. На-каждый шар действуют две силы W и Т, которые равны, противоположно направлены и действуют вдоль одной и той же пря­мой. W — вес, т. е. сила, обусловли­вающая притяжение шара к Земле, направлена вниз; Т — сила, направ­ленная вверх, которая называется си­лой натяжения нити. Когда каждый шар в равновесии, то Т— W = 0.

Что такое натяжение нити можно кратко объяснить так. Представьте, что нить находится под действием двух сил:

а) направленной вниз силы дейст­вия шара и

б) направленной вверх силы действия стержня. Эти две внеш­ние силы стремятся растянуть нить. В свою очередь нить действует на шар и стержень, противодействуя растя­жению. Эти две силы, действующие на шар и стержень, равны и противо­положны.   Поскольку  здесь  мы рассматриваем только равновесие шара, то существенна лишь сила Т с кото­рой нить действует на шар.

Представьте себе мощный магнит, который вы держите в руке.  Силами, действующими на магнит, являются:

а) сила, которую вы при­кладываете, чтобы удержать магнит, Р и б) сила притяжения Земли W. Когда магнит неподвижен, то Р— W=0, т. е. результирующая сила равна нулю. Если, однако, магнит перемещен в по­ложение над железным гвоздем, ле­жащим на скамье (рис. 1.2)

б) то силы, действующие на магнит, немного изменятся благодаря добавочной ма­лой силе f притяжения магнита гвоз­дем (магнитным материалом). Для не­подвижного   магнита   P— W— f = 0.

Теперь рассмотрим силы, дейст­вующие на гвоздь, лежащий в покое на скамье; это сила притяжения Земли w, действующая на гвоздь (его вес), сила притяжения магнита  f, действующая на гвоздь, и давление поверхности скамьи R на гвоздь. Поскольку R+ f — w = 0, и, следовательно, R — = w — f, то в этом случае сила реак­ции опоры R не равна численно си­ле w. Так как сила f, действующая на гвоздь, направлена вверх, сила реак­ции опоры R не должна быть столь большой, как при отсутствии маг­нита.