Молекуля́рная аку́стика - изучает акустическими методами (главным образом на основании измерения скорости звука и его поглощения) атомно-молекулярную структуру и свойства вещества.
* * *
МОЛЕКУЛЯРНАЯ АКУСТИКА - МОЛЕКУЛЯ́РНАЯ АКУ́СТИКА, изучает акустическими методами (главным образом на основании измерения скорости звука и его поглощения) атомно-молекулярную структуру и свойства вещества.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ АКУСТИКА - изучает акустическими методами (главным образом на основании измерения скорости звука и его поглощения) атомно-молекулярную структуру и свойства вещества.
Молекуля́рная биоло́гия - исследует основные свойства и проявления жизни на молекулярном уровне. Выясняет, каким образом и в какой мере рост и развитие организмов, хранение и передача наследственной информации, превращение энергии в живых клетках и другие явления обусловлены структурой и свойствами биологически важных макромолекул (главным образом белков и нуклеиновых кислот). Тесно связана с биохимией и биофизикой, а исторически также с генетикой и микробиологией. Возникновение молекулярной биологии обычно относят к 1953, когда Дж. Уотсон и Ф. Крик предложили модель двойной спирали ДНК. В СССР молекулярная биология сформировалась главным образом благодаря трудам научных школ А. Н. Белозерского и В. А. Энгельгардта. Часто молекулярную биологию, включающую молекулярную генетику, объединяют с биохимией и биофизикой в физико-химическую биологию.
* * *
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ - МОЛЕКУЛЯ́РНАЯ БИОЛО́ГИЯ, исследует основные свойства и проявления жизни на молекулярном уровне. Выясняет, каким образом и в какой мере рост и развитие организмов, хранение и передача наследственной информации, превращение энергии в живых клетках и др. явления обусловлены структурой и свойствами биологически важных макромолекул (главным образом белков и нуклеиновых кислот). Тесно связана с биохимией и биофизикой, а исторически также с генетикой и микробиологией. Возникновение молекулярной биологии обычно относят к 1953, когда Дж. Уотсон и Ф. Крик предложили модель двойной спирали ДНК. В СССР молекулярная биология сформировалась главным образом благодаря трудам научных школ А. Н. Белозерского (см. БЕЛОЗЕРСКИЙ Андрей Николаевич) и В. А. Энгельгардта. Часто молекулярную биологию, включающую молекулярную генетику, объединяют с биохимией и биофизикой в физико-химическую биологию.
-----------------------------------
«Молекуля́рная биоло́гия» - ежемесячный научный журнал РАН, с 1967, Москва. Учредители (1998) - Отделение биохимии, биофизики и химии физиологически активных соединений и Институт молекулярной биологии РАН.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ биология - исследует основные свойства и проявления жизни на молекулярном уровне. Выясняет, каким образом и в какой мере рост и развитие организмов, хранение и передача наследственной информации, превращение энергии в живых клетках и др. явления обусловлены структурой и свойствами биологически важных макромолекул (главным образом белков и нуклеиновых кислот). Тесно связана с биохимией и биофизикой, а исторически также с генетикой и микробиологией. Возникновение молекулярной биологии обычно относят к 1953, когда Дж. Уотсон и Ф. Крик предложили модель двойной спирали ДНК. В СССР молекулярная биология сформировалась главным образом благодаря трудам научных школ А. Н. Белозерского и В. А. Энгельгардта. Часто молекулярную биологию, включающую молекулярную генетику, объединяют с биохимией и биофизикой в физико-химическую биологию.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ - детальное изучение живых клеток и их составных частей (органелл), прослеживающее роль отдельных идентифицируемых соединений в функционировании этих структур. К сфере молекулярной биологии относится исследование всех связанных с жизнью процессов, таких, как питание и выделение, дыхание, секреция, рост, репродукция, старение и смерть. Важнейшее достижение молекулярной биологии - расшифровка генетического кода и выяснение механизма использования клеткой информации, необходимой, например, для синтеза ферментов. Молекулярнобиологические исследования способствуют и более полному пониманию других процессов жизнедеятельности - фотосинтеза, клеточного дыхания и мышечной активности. В молекулярной биологии предпочитают работать с относительно простыми системами, такими, как одноклеточные организмы (бактерии, некоторые водоросли), в которых число компонентов сравнительно невелико, а значит, и различить их легче. Но и при этом требуются весьма изощренные методы для того, чтобы точно локализовать отдельные вещества и отличить их от всех других. На основе физико-химических подходов и инструментария разработаны сложные, чувствительные приборы и методы, приспособленные для работы с органическими соединениями живых систем. Метод радиоавтографии основан на включении в определенные вещества радиоактивных атомов, т.н. "радиоактивной метки", которая позволяет проследить - по испускаемому излучению - химические превращения этих веществ. При изучении низкомолекулярных веществ применяют методы, позволяющие объединить малые молекулы вещества в т.н. макромолекулы, достаточно крупные для того, чтобы их можно было наблюдать при большом увеличении трансмиссионного электронного микроскопа. По дифрации рентгеновских лучей определяют общую форму макромолекул, как это было сделано, например, с дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК). Для разделения смеси веществ, различающихся по размерам и химическому составу, используют различия в скорости их передвижения в электрическом поле (метод электрофореза) или разную скорость диффузии в растворителе, протекающем через неподвижную фазу, например бумагу (метод хроматографии). С помощью соответствующих ферментов можно определить нуклеотидную последовательность генов, а по ней - аминокислотную последовательность синтезируемых белков. Если у животных разных видов близки нуклеотидные последовательности генов, кодирующих общие для них белки, например гемоглобин, можно заключить, что в прошлом эти животные имели общего предка. Если же различия в их генах велики, то ясно, что расхождение видов от общего предка произошло намного раньше. Такие молекулярно-биологические исследования открыли новый подход к изучению эволюции организмов. Важный вклад в медицину должна внести идентификация вирусов по их составу. С ее помощью можно, например, установить, что вирус, вызывающий ту или иную болезнь у человека, гнездится естественным образом в каком-нибудь диком животном, от которого и передается человеку болезнь. Если у животных, которые служат в природе резервуаром данного вируса, симптомы болезни не обнаруживаются, то, видимо, здесь действует какой-то механизм иммунитета, и тогда возникает новая задача - изучить этот механизм, чтобы попытаться включить его в иммунную систему человека. Областью молекулярной биологии, вызывающей большие споры и часто неприятие, является генная инженерия, или технология рекомбинантных ДНК, суть которой в том, что в организм растения или животного встраивают чужие гены, чтобы придать ему новые свойства или же компенсировать какие-нибудь наследственные дефекты. См. также
Рис Э., Стернберг М. От клеток к атомам. Иллюстрированное введение в молекулярную биологию. М., 1988 Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки, тт. 1-3. М., 1994
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, исследует основные свойства и проявления жизни на молекулярном уровне. Выясняет, каким образом и в какой мере рост и развитие организмов, хранение и передача наследственной информации, превращение энергии в живых клетках и другие явления обусловлены структурой и свойствами биологически важных макромолекул (главным образом белков и нуклеиновых кислот). Возникновение молекулярной биологии обычно относят к 1953, когда Дж. Уотсон (США) и Ф. Крик (Великобритания) предложили модель двойной спирали дезоксирибонуклеиновой кислоты(ДНК).
Молекуля́рная гене́тика - направление в молекулярной биологии; изучает молекулярные основы наследственности и изменчивости организмов. Возникла в середине XX в. в результате использования идей и методов физики и химии для решения генетических проблем. Основные достижения молекулярной генетики - установление химической структуры гена (1953), расшифровка способов записи и реализации наследственной информации в организме, разработка методов генетической инженерии.
* * *
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА - МОЛЕКУЛЯ́РНАЯ ГЕНЕ́ТИКА, изучает молекулярные основы наследственности и изменчивости организмов. Возникла в 40-50-х гг. 20 в. в результате использования идей и методов физики и химии для решения генетических проблем. Основные достижения молекулярной генетики - установление химической структуры гена (1953), расшифровка способов записи и реализации наследственной информации в организме, разработка методов генетической инженерии (см. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ).
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА - изучает молекулярные основы наследственности и изменчивости организмов. Возникла в 40-50-х гг. 20 в. в результате использования идей и методов физики и химии для решения генетических проблем. Основные достижения молекулярной генетики - установление химической структуры гена (1953), расшифровка способов записи и реализации наследственной информации в организме, разработка методов генетической инженерии.
Молекуля́рная ма́сса (молекулярный вес), масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы. Практически равна сумме масс всех атомов, из которых состоит молекула. Величины молекулярной массы используются в химических, физических и химико-технологических расчётах.
* * *
МОЛЕКУЛЯРНАЯ МАССА - МОЛЕКУЛЯ́РНАЯ МА́ССА (молекулярный вес), масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы. Практически равна сумме масс всех атомов, из которых состоит молекула. Величины молекулярной массы используются в химических, физических и химико-технических расчетах.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ масса (молекулярный вес) - масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы. Практически равна сумме масс всех атомов, из которых состоит молекула. Величины молекулярной массы используются в химических, физических и химико-технических расчетах.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ МАССА - масса молекулы, выраженная в относительных единицах (называемых а.е.м. или дальтон). Эта величина введена для удобства, поскольку действительная масса молекул в общепринятых единицах массы чрезвычайно мала. За единицу мол. массы принята та же величина, что и при определении атомной массы: это 1/12 массы атома изотопа углерода-12, условно принятой равной 12
(см. АТОМНАЯ МАССА).
Мол. масса численно равна сумме относительных атомных масс всех атомов данной молекулы и легко подсчитывается по формуле вещества.
Газы и пары. Согласно закону Авогадро, в равных объемах газов при одинаковых давлении и температуре содержится одинаковое число молекул. Следовательно, один моль любого газа при данных температуре и давлении должен занимать один и тот же объем (один из законов идеальных газов; см. ХИМИЯ). С учетом поправок на неидеальность объем одного моля (6,02*10 23 молекул) любого газа при 0° С и 1 атм равен 22,414 л. На основании закона Авогадро находят мол. массу газообразных веществ. В общих чертах процедура состоит в следующем. Определяют массу известного объема газа при данных давлении и температуре. После введения поправок на неидеальность приводят объем к условиям 0° С и 1 атм, используя уравнение состояния идеального газа PV = RT, где R - газовая постоянная. Зная массу и объем идеального газа при °С и 1 атм, нетрудно рассчитать массу 22,414 л газа, т.е. его мол. массу. Этим методом были получены точные значения мол. масс, которые использовались даже для определения атомных масс. Для приближенной оценки мол. массы газ считают идеальным и никаких поправок не делают. Данный метод часто применяют при определении мол. масс летучих жидкостей и твердых веществ. Для этого используют уравнение состояния газа в виде PV = wRT/M (уравнение Клапейрона - Менделеева), где w - масса паров вещества с мол. массой М, занимающих объем V при температуре Т и давлении Р. Если Р выражено в атм, а V - в см3 или мл, то R = 82,06. Отсюда получаем M = wRT/PV и, зная все величины в правой части, находим мол. массу паров вещества. Для определения таким методом мол. масс летучих жидкостей и твердых веществ было создано несколько устройств. Наибольшее распространение получил прибор немецкого химика В.Мейера (1878) - длинная вертикальная трубка, закрытая сверху и расширяющаяся книзу в виде конической колбы, окруженная нагревательной рубашкой. Известное количество изучаемой жидкости (или твердого вещества) помещали на дно колбы и испаряли. При испарении эквивалентный объем воздуха вытеснялся через боковой отвод вверху трубки в измерительное устройство. Объем вытесненного воздуха, измеренный при температуре и давлении окружающей среды, равен объему паров изучаемого вещества в этих же условиях. Зная w, Т и Р, можно вычислить М - мол. массу паров вещества. Усовершенствовав аппарат В.Мейера, можно было проводить измерения при температурах до 2000° С.
Растворы. Мол. массу трудноиспаряющихся веществ определяют, исследуя свойства их растворов. Если нелетучее вещество растворить в летучем жидком растворителе, то давление паров последнего уменьшится. Соответственно температура кипения раствора возрастет, а температура замерзания понизится по сравнению с чистым растворителем. Все эти величины пропорциональны числу молей растворенного вещества в данном объеме растворителя (при условии, что раствор является разбавленным); это позволяет определить мол. массу вещества в растворе. Пусть Dр - изменение давления паров разбавленного раствора при добавлении w2 граммов растворенного вещества с мол. массой М2 в w1 граммов растворителя с мол. массой М1, р - давление паров чистого растворителя при той же температуре. Тогда Dр = pw2 M1/w1 M2, откуда М2 = рw2 М1/w1Dр Поскольку давление паров трудно измерить с достаточной точностью, этот метод применяют довольно редко и только в усовершенствованном варианте. Наиболее распространен метод определения мол. массы растворенных веществ, основанный на измерении температур замерзания или кипения растворов. Если DТ - понижение температуры замерзания или повышение температуры кипения раствора по сравнению с чистым растворителем, то DТ = K*1000w2/w1 М2, где K - молярная криоскопическая или эбулиоскопическая постоянная для данного растворителя. Отсюда М2 = K*1000w2/w1DТ. Постоянную K можно определить экспериментально, используя растворенные вещества с известной мол. массой, или найти с помощью термодинамических расчетов. Отметим, что приведенное соотношение применимо для определения мол. масс только очень разбавленных растворов.
Метод Бекмана. В этом методе измеряют температуру замерзания известного количества растворителя (w1), затем добавляют в него заданное количество растворенного вещества (w2) и измеряют понижение температуры замерзания раствора с помощью термометра Бекмана. Этот термометр регистрирует не саму температуру, а разность температур, но с точностью 0,001° С. При измерениях могут возникать ошибки, связанные с переохлаждением раствора. Для их устранения применяют более совершенные модификации прибора. Для приближенной оценки мол. массы существует более простой метод Раста, где в качестве растворителя используют камфору, температура замерзания которой при растворении в ней различных веществ понижается очень сильно и может быть измерена обычным термометром.
Методы Ландсбергера и Котрелла. Бекман сконструировал также прибор для измерения повышения температуры кипения растворов, но здесь возникают те же проблемы, что и при измерении точки замерзания, а именно связанные с перегревом раствора. Для приближенных оценок используется метод Ландсбергера, в котором жидкость нагревают до температуры кипения, пропуская через нее пар. Для точных определений предпочтительна методика Котрелла. В ней термометр не погружают в жидкость, а помещают над ее поверхностью, так что пузырьки пара, поднимающиеся вверх, увлекают за собой жидкость, и она омывает термометр. Это позволяет избежать ошибок, связанных с перегревом.
Другие методы. Еще один метод определения мол. массы растворенных веществ основан на измерении осмотического давления. Для разбавленного раствора, содержащего известное количество w граммов растворенного вещества с мол. массой М в объеме растворителя V, осмотическое давление Р при температуре Т равно P = wRT/MV. Если Р выражено в атм, а V - в см3 или мл, то константа R = 82,06 (см. выше). Измерить осмотическое давление растворов для обычных веществ довольно трудно. Однако этот метод оказался весьма полезным для определения мол. масс высокомолекулярных соединений, поскольку создаваемое ими осмотическое давление достаточно велико и можно получить точные данные на относительно простой аппаратуре. Высокомолекулярные соединения имеют большое практическое значение, поэтому методы определения их мол. масс совершенствуются. Можно упомянуть методы, основанные на измерении вязкости и рассеяния света, а также ультрацентрифугирование. Последний применяется наиболее широко для определения мол. масс биополимеров (нуклеиновых кислот и белков).
Масс-спектрометрический метод. Этим принципиально иным, чем все рассмотренные выше, методом определяют массу разных видов молекул или разных изотопов, находящихся в исследуемом объеме. Особую ценность он представляет для изотопного анализа. Допустим, требуется определить, содержится ли в образце метана СН4 изотоп 13С помимо обычного изотопа 12С. У обычного метана мол. масса равна 16, а у его изотопического варианта 17. В масс-спектре ему соответствует отдельная линия, по положению которой можно точно определить мол. массу.
См. также СПЕКТРОСКОПИЯ.
Гуггенгейм Э., Пру Дж. Физико-химические расчеты. М., 1958 Некрасов Б.В. Основы общей химии. М., 1962
Молекуля́рная о́птика - раздел оптики, изучающий связь оптических свойств вещества со свойствами его атомов и молекул. В молекулярной оптике исследуются отражение, преломление и рассеяние света, оптическая активность, магнитооптические и электрооптические явления и др.
* * *
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА - МОЛЕКУЛЯ́РНАЯ О́ПТИКА, раздел оптики, изучающий связь оптических свойств вещества со свойствами его атомов и молекул. В молекулярной оптике исследуются отражение, преломление и рассеяние света, оптическая активность, магнитооптические и электрооптические явления и др.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА - раздел оптики, изучающий связь оптических свойств вещества со свойствами его атомов и молекул. В молекулярной оптике исследуются отражение, преломление и рассеяние света, оптическая активность, магнитооптические и электрооптические явления и др.
Молекуля́рная фи́зика - раздел физики, изучающий физические свойства тел в различных агрегатных состояниях на основе рассмотрения их молекулярного строения. Из молекулярной физики выделились в самостоятельные разделы физика твёрдого тела, физическая кинетика, физическая химия и т. д.
* * *
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА - МОЛЕКУЛЯ́РНАЯ ФИ́ЗИКА, раздел физики (см. ФИЗИКА), изучающий физические свойства тел в различных агрегатных состояниях на основе рассмотрения их молекулярного строения. В зависимости от молекулярного строения тел, сил межмолекулярного взаимодействия и характера теплового движения частиц, молекулярная физика изучает особенности процессов фазового равновесия и фазовых переходов веществ - кристаллизацию и плавление, испарение и конденсацию и др., явления переноса - диффузию, теплопроводность, внутреннее трение, а также поверхностные явления на границах раздела различных фаз.
Разделами молекулярной физики являются физика газообразного состояния вещества, физика конденсированного состояния вещества (жидкости и твердые тела), физические явления в поверхностных слоях различных соприкасающихся фаз и др. Из молекулярной физики выделились в самостоятельные разделы физика твердого тела (см. ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА), физическая химия (см. ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ), молекулярная биология (см. МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ) и т. д.
Задачи молекулярной физики решаются методами статистической физики (см. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА), термодинамики (см. ТЕРМОДИНАМИКА) и физической кинетики (см. КИНЕТИКА ФИЗИЧЕСКАЯ). Они связаны с изучением движения и взаимодействия частиц (атомов, молекул, ионов), составляющих физические тела.
Первым сформировавшимся разделом молекулярной физики была кинетическая теория газов (см. КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ГАЗОВ). В процессе ее развития была создана классическая статистическая физика, которая наряду с термодинамическим методом легла в основу методов теоретического исследования в молекулярной физике.
Статистический метод, используемый и развитый в молекулярной физике, состоит в изучении совокупностей большого числа частиц, участвующих в тепловом движении и образующих физические тела, находящиеся в различных агрегатных состояниях. Законы поведения совокупностей большого числа частиц, исследуемых статистическими методами, называются статистическими закономерностями. Математическим аппаратом метода является теория случайных величин и процессов. То есть статистический метод является методом исследования систем, состоящих из большого количества частиц, и использующий статистические закономерности и средние значения физических величин, характеризующих всю совокупность частиц.
Статистический подход является по сути молекулярно-кинетической теорией, основанной на определенных представлениях о строении вещества. Задачей статистической механики является установление законов поведения макроскопических систем, состоящих из большого числа частиц, на основе известных динамических законов поведения отдельных частиц. При этом статистическая механика дает возможность установить связь между макроскопическими параметрами большой системы и средними значениями микроскопических величин, характеризующих отдельные молекулы. Так как макроскопические параметры системы зависят от движения молекул, задачей статистической физики заключается в том, чтобы выразить свойства системы в целом через характеристики отдельных молекул.
Термодинамический метод исследования систем, состоящих из большого числа частиц, отличается от статистического тем, что оперирует величинами, характеризующими систему в целом, такими как, например, температура и давление. Термодинамические методы не рассматривают процессы, происходящие на микроуровне.
Термодинамический метод исследования систем, состоящих из большого числа структурных элементов, строится на основе применения к системам нескольких принципов, гипотез, аксиом, которые либо являются обобщением опыта, либо их применение не противоречит ему. Термодинамика представляет собой феноменологическую теорию, основанную на небольшом числе установленных законов, таких, как, например, закон сохранения энергии. В методе не рассматривают микроструктуру систем и механизм совершающихся в них микропроцессов. Основные понятия термодинамики вводятся на основе физического эксперимента, при этом связь между различными макроскопическими параметрами устанавливается опытным путем. Поэтому результаты и методы термодинамики могут быть применимы для любых систем без конкретизации деталей их устройств. Термодинамический подход дает возможность решать конкретные задачи, не имея сведений о свойствах атомов или молекул.
На основе общих теоретических представлений молекулярной физики получили развитие такие специальные области науки, как физика металлов, физика полимеров, физика плазмы, кристаллофизика (см. КРИСТАЛЛОФИЗИКА), физико-химическую механика, физико-химия дисперсных систем и поверхностных явлений, теория тепло- и массопереноса. При всём различии объектов и методов исследования сохраняется основная идея молекулярной физики - описание макроскопических свойств вещества, исходя из особенностей микроскопической (молекулярной) картины его строения.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ физика - раздел физики, изучающий физические свойства тел в различных агрегатных состояниях на основе рассмотрения их молекулярного строения. Из молекулярной физики выделились в самостоятельные разделы физика твердого тела, физическая кинетика, физическая химия и т. д.
МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ - раздел молекулярной физики, рассматривающий многие свойства веществ исходя из представлений о быстром хаотическом движении огромного числа атомов и молекул, из которых эти вещества состоят. Молекулярно-кинетическая теория концентрирует внимание не на различиях между отдельными типами атомов и молекул, а на том общем, что имеется в их поведении. Еще древнегреческие философы, первыми высказывавшие атомистические идеи, полагали, что атомы находятся в непрерывном движении. Количественный анализ этого движения попытался дать Д.Бернулли в 1738. Принципиальный вклад в развитие молекулярно-кинетической теории был сделан в период с 1850 по 1900 Р.Клаузиусом в Германии, Л.Больцманом в Австрии и Дж.Максвеллом в Англии. Эти же физики заложили основы статистической механики - более абстрактной дисциплины, занимающейся изучением того же предмета, что и молекулярно-кинетическая теория, но без построения детальных, а потому менее общих моделей. Углубление статистического подхода в начале 20 в. связано главным образом с именем американского физика Дж.Гиббса, который считается одним из основоположников статистической механики. Революционные идеи были привнесены в эту науку также М.Планком и А.Эйнштейном. В середине 1920-х годов классическая механика окончательно уступила место новой, квантовой, механике. Она дала импульс развитию статистической механики, не прекращающемуся до сих пор.
МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ТЕПЛОТЫ
Известно, что нагретые тела, остывая, отдают часть своей теплоты более холодным телам. До 19 в. считалось, что теплота - это некая жидкость (теплород), перетекающая от одного тела к другому. Одним из главных достижений физики 19 в. стало то, что теплота стала рассматриваться просто как одна из форм энергии, а именно - кинетическая энергия атомов и молекул. Такое представление распространяется на все вещества - твердые, жидкие и газообразные. Частицы нагретого тела движутся быстрее, чем холодного. Например, солнечные лучи, нагревая нашу кожу, заставляют ее молекулы колебаться быстрее, и мы ощущаем эти колебания как тепло.
На холодном ветру молекулы воздуха, сталкиваясь с молекулами поверхности нашего тела, отбирают у них энергию, и мы ощущаем холод. Во всех случаях, когда тепло передается от одного тела к другому, движение частиц в первом из них замедляется, во втором ускоряется, а энергия частиц второго тела увеличивается ровно на столько, на сколько уменьшается энергия частиц первого. Многие знакомые нам тепловые явления можно непосредственно объяснить с помощью молекулярно-кинетической теории. Поскольку теплота порождается беспорядочным движением молекул, можно повышать температуру тела (увеличивать запас теплоты в нем) не за счет подвода тепла, а, например, с помощью трения: молекулы трущихся поверхностей, соударяясь друг с другом, начинают двигаться более интенсивно, и температура поверхностей повышается. По той же причине нагревается кусок железа, когда по нему бьют молотом. Еще одно тепловое явление - увеличение давления газов при нагревании. С повышением температуры скорость движения молекул увеличивается, они чаще и сильнее ударяются о стенки сосуда, в котором газ находится, что проявляется в повышении давления. Постепенное испарение жидкостей объясняется тем, что их молекулы одна за другой переходят в воздух, при этом первыми улетучиваются самые быстрые из них, а у тех, которые остаются, энергия в среднем оказывается меньше. Вот почему при испарении жидкостей с влажной поверхности она охлаждается. Математический аппарат, построенный на молекулярно-кинетической теории, позволяет анализировать эти и многие другие эффекты, исходя из уравнений движения молекул и общих положений теории вероятностей. Предположим, что мы подняли резиновый мяч на некоторую высоту, а затем выпустили его из рук. Мяч ударится об пол, а затем несколько раз подскочит, каждый раз на меньшую высоту, чем перед этим, поскольку при ударе часть его кинетической энергии превращается в теплоту. Такой удар называется частично упругим. Кусок свинца совсем не отскакивает от пола - при первом же ударе в теплоту превращается вся его кинетическая энергия, и температура куска свинца и пола слегка повышается. Такой удар называют абсолютно неупругим. Удар, при котором вся кинетическая энергия тела сохраняется, не превращаясь в тепло, называется абсолютно упругим. В газах при столкновении атомов и молекул друг с другом происходит лишь обмен их скоростями (мы не рассматриваем здесь случай, когда в результате столкновений частицы газа взаимодействуют - вступают в химические реакции); суммарная кинетическая энергия всей совокупности атомов и молекул не может при этом превратиться в теплоту, поскольку она уже ею является. Непрерывное движение атомов и молекул вещества называется тепловым движением. В жидкостях и твердых телах картина более сложная: помимо кинетической энергии необходимо учитывать и потенциальную энергию взаимодействия частиц.
Тепловое движение в воздухе. Если воздух охладить до очень низкой температуры, то он превратится в жидкость, при этом объем образовавшейся жидкости будет очень мал. Например, при ожижении 1200 см3 атмосферного воздуха получаются 2 см3 жидкого воздуха. Основное допущение атомной теории состоит в том, что размеры атомов и молекул при изменении агрегатного состояния вещества почти не изменяются. Следовательно, в атмосферном воздухе молекулы должны находиться друг от друга на расстояниях, гораздо больших, чем в жидкости. Действительно, из 1200 см3 атмосферного воздуха более 1198 см3 занимает пустое пространство. Молекулы воздуха движутся хаотически в этом пространстве с очень высокими скоростями, постоянно сталкиваясь друг с другом наподобие бильярдных шаров.
Давление газа или пара. Рассмотрим прямоугольный сосуд, в единице объема которого содержится n молекул газа массой m каждая. Нас будут интересовать только те молекулы, которые ударяются об одну из стенок сосуда. Выберем ось x так, чтобы она была перпендикулярна этой стенке и рассмотрим молекулу, у которой составляющая скорости v вдоль выбранной нами оси равна vx. При ударе молекулы о стенку сосуда ее импульс в направлении оси x изменится на величину -2mvx. В соответствии с третьим законом Ньютона таков же будет импульс, переданный стенке. Можно показать, что если все молекулы движутся с одинаковыми скоростями, то с единицей площади стенки в 1 с сталкивается (1/2) nvx молекул. Чтобы убедиться в этом, рассмотрим пограничный слой газа вблизи одной из стенок, заполненный молекулами с одинаковыми величинами v и vx (рис. 1). Предположим, что толщина этого слоя настолько мала, что большинство молекул пролетают его без столкновений. Молекула А долетит до стенки в момент времени t = l /vx ; к этому времени о стенку ударится ровно половина молекул из пограничного слоя (другая половина движется от стенки). Их число определяется плотностью газа и объемом пограничного слоя площадью А и толщиной l: N = (1/2) nAl. Тогда число молекул, ударившихся о единичную площадку за 1 с, составит N/At = (1/2) nvx, и полный импульс, переданный этой площадке за 1 с, будет равен (1/2) nvx Ч2mvx = nmvx2. На самом деле составляющая vх неодинакова для разных молекул, поэтому величину vx2 следует заменить ее средним значением
Если молекулы движутся хаотически, то среднее всех vх равно среднему для vy и vz, так что
и
Рис. 1. ДАВЛЕНИЕ ГАЗА на стенки сосуда можно найти, рассматривая импульс, передаваемый молекулами стенкам.
где - среднее для всех молекул значение v2. Удары молекул о стенку так быстро следуют один за другим, что последовательность передаваемых импульсов воспринимается как постоянное давление Р. Величину Р можно найти, если вспомнить, что давление - это сила, действующая на единицу площади, а сила, в свою очередь, - это скорость изменения импульса. Следовательно, Р равно скорости изменения импульса, приходящегося на единицу площади, т.е.
Такое же соотношение мы получим, если вместо случайного движения молекул во всех направлениях будем рассматривать движение одной шестой их числа перпендикулярно каждой из шести граней прямоугольного сосуда, считая, что каждая молекула обладает кинетической энергией
.
Закон Бойля - Мариотта. В формуле (1) через n обозначено не полное число молекул, а число молекул в единице объема. Если то же число молекул поместить в половину объема (не изменив при этом температуру), то величина n удвоится, при этом удвоится и давление, если v2 не зависит от плотности. Иначе говоря, при постоянной температуре давление газа обратно пропорционально объему. Английский физик Р. Бойль и французский физик Э. Мариотт экспериментально установили, что при низких давлениях это утверждение справедливо для любого газа. Таким образом, закон Бойля - Мариотта можно объяснить, сделав разумное предположение, что при низких давлениях скорость молекул не зависит от n.
Закон Дальтона. Если в сосуде находится смесь газов, т.е. имеются несколько разных сортов молекул, то импульс, передаваемый стенке молекулами каждого сорта, не зависит от того, присутствуют ли молекулы других сортов. Таким образом, согласно молекулярно-кинетической теории, давление смеси двух или большего числа идеальных газов равно сумме давлений, которые создавал бы каждый из газов, если бы занимал весь объем. В этом и состоит закон Дальтона, которому подчиняются газовые смеси при низких давлениях.
Скорости молекул. Формула (1) позволяет оценить среднюю скорость молекул газа. Так, атмосферное давление на уровне моря составляет примерно 106 дин/см2 (0,1 МПа), а масса 1 см3 воздуха равна 0,0013 г. Подставив эти значения в формулу (1), мы получим для скорости молекул очень большую величину:
На большой высоте над уровнем моря, где атмосфера очень разрежена, молекулы воздуха за секунду могут перемещаться на огромные расстояния, не сталкиваясь друг с другом. У поверхности Земли наблюдается иная картина: за 1 с каждая молекула сталкивается с другими молекулами в среднем ок. 800 миллионов раз. Она описывает в высшей степени изломанную траекторию, и в отсутствие воздушных потоков через одну секунду с высокой вероятностью оказывается на расстоянии всего 1-2 см от того места, где она находилась в начале этой секунды.
Закон Авогадро. Как мы уже говорили, воздух при комнатной температуре имеет плотность примерно 0,0013 г/см3 и создает давление МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ106 дин/см2. Газообразный водород, плотность которого при комнатной температуре равна всего лишь 0,00008 г/см3, тоже создает давление в 106 дин/см2. Согласно формуле (1), давление газа пропорционально числу молекул в единице объема и их средней кинетической энергии. В 1811 итальянский физик А.Авогадро выдвинул гипотезу, согласно которой равные объемы различных газов при одинаковых температуре и давлении содержат одинаковое число молекул. Если эта гипотеза верна, то из соотношения (1) получим, что для разных газов при указанных выше условиях величина (1/2) mv2 одинакова, т.е. одинакова средняя кинетическая энергия молекул. Этот вывод вполне согласуется с молекулярно-кинетической теорией
Масса 1 см3 водорода мала не потому, что в данном объеме присутствует меньше молекул, а потому, что масса каждой молекулы водорода в несколько раз меньше массы молекулы азота или кислорода - газов, из которых в основном состоит воздух. Установлено, что число молекул любого газа в 1 см3 при 0° С и нормальном атмосферном давлении равно 2,687*10 19.
Средняя длина свободного пробега. Важной величиной в молекулярно-кинетической теории газов является среднее расстояние, пробегаемое молекулой между двумя столкновениями. Эта величина называется средней длиной свободного пробега и обозначается через L. Вычислить ее можно следующим образом. Представим себе, что молекулы - это сферы радиусом r ; тогда их центры при столкновении будут находиться на расстоянии 2r друг от друга. При своем движении молекула "задевает" все молекулы в пределах поперечного сечения площадью p (2r)2 и, перемещаясь на расстояние L, она "заденет" все молекулы в объеме 4pr2L, так что среднее число молекул, с которыми она столкнется, будет равно 4pr2Ln. Чтобы найти L, нужно принять это число равным 1, откуда
Из этого соотношения можно прямо найти радиус молекулы, если известна величина L (ее можно найти из измерений вязкости газа; см. ниже). Величина r оказывается порядка 10-8 см, что согласуется с результатами других измерений, а L для типичных газов при обычных условиях составляет от 100 до 200 диаметров молекул. В таблице приведены значения L для атмосферного воздуха на разной высоте над уровнем моря.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЕКУЛ ПО СКОРОСТЯМ
В середине 19 в. происходило не только развитие молекулярно-кинетической теории, но и становление термодинамики. Некоторые понятия термодинамики оказались полезными и для молекулярно-кинетической теории - это в первую очередь абсолютная температура и энтропия.
Тепловое равновесие. В термодинамике свойства веществ рассматриваются в основном исходя из представления о том, что любая система стремится к состоянию с наибольшей энтропией и, достигнув такого состояния, не может самопроизвольно выйти из него. Такое представление согласуется с молекулярно-кинетическим описанием поведения газа. Совокупность молекул газа обладает некоторой суммарной энергией, которая может быть распределена между отдельными молекулами огромным числом способов. Каким бы ни было начальное распределение энергии, если газ предоставить самому себе, то энергия быстро перераспределится и газ придет в состояние теплового равновесия, т.е. в состояние с наибольшей энтропией. Попытаемся сформулировать это утверждение более строго. Пусть N (E) dЕ - это число молекул газа с кинетической энергией в интервале от E до Е + dE. Независимо от начального распределения энергии газ, предоставленный сам себе, придет в состояние теплового равновесия с характерной функцией N (E), соответствующей установившейся температуре. Вместо энергий можно рассматривать скорости молекул. Обозначим через f (v) dv число молекул со скоростями, лежащими в интервале от v до v + dv. В газе всегда найдется некоторое число молекул со скоростями в интервале от v до v + dv. Уже мгновение спустя ни одна из этих молекул не будет обладать скоростью, лежащей в указанном интервале, поскольку все они претерпят одно или несколько столкновений. Но зато другие молекулы со скоростями, ранее значительно отличавшимися от v, в результате столкновений приобретут скорости, лежащие в интервале от v до v + dv. Если газ находится в стационарном состоянии, то число молекул, которые приобретут скорость v, через достаточно большой промежуток времени будет равно числу молекул, скорость которых перестанет быть равной v. Только в этом случае функция n (v) может оставаться постоянной. Это число, разумеется, зависит от распределения молекул газа по скоростям. Форму этого распределения в покоящемся газе установил Максвелл: если всего имеется N молекул, то число молекул со скоростями в интервале от v до v + dv равно
где параметр b зависит от температуры (см. ниже).
Газовые законы. Приведенные выше оценки для средней скорости молекул воздуха на уровне моря соответствовали обычной температуре. Согласно молекулярно-кинетической теории, кинетическая энергия всех молекул газа и есть та теплота, которой он обладает. При более высокой температуре молекулы движутся быстрее и газ содержит больше теплоты. Как следует из формулы (1), если объем газа постоянен, то с ростом температуры его давление повышается. Именно так ведут себя все газы (закон Шарля). Если же газ нагревать при постоянном давлении, то он будет расширяться. Установлено, что при низком давлении для любого газа объемом V, содержащим N молекул, произведение давления на объем пропорционально абсолютной температуре:
где T - абсолютная температура, k - константа. Из закона Авогадро следует, что величина k одинакова для всех газов. Она называется постоянной Больцмана и равна 1,38*10 -14 эрг/К. Сравнив выражения (1) и (3), нетрудно заметить, что полная энергия поступательного движения N молекул, равная (1/2) Nmv2, пропорциональна абсолютной температуре и равна
С другой стороны, проинтегрировав выражение (2), получим, что полная энергия поступательного движения N молекул равна 3Nm /4b 2. Отсюда
Подставив выражение (5) в формулу (2), можно найти распределение молекул по скоростям при любой температуре T. Молекулы многих распространенных газов, например азота и кислорода (основных компонентов атмосферного воздуха), состоят из двух атомов, а их молекула напоминает по форме гантель. Каждая такая молекула не только движется поступательно с огромной скоростью, но и очень быстро вращается. Помимо энергии поступательного движения, N молекул обладают энергией вращательного движения NkT, так что полная энергия N молекул равна (5/2) NkT.
Экспериментальная проверка распределения Максвелла. В 1929 появилась возможность непосредственно находить распределение молекул газа по скоростям. Если в стенке сосуда, содержащего газ или пар при определенной температуре, проделать маленькое отверстие или прорезать узкую щель, то молекулы будут вылетать через них наружу, каждая со своей скоростью. Если отверстие ведет в другой сосуд, из которого откачан воздух, то большинство молекул до первого столкновения успеют пролететь расстояние в несколько сантиметров. В установке, схематически изображенной на рис. 2, имеется сосуд V, содержащий газ или пар, молекулы которого вылетают через щель S1; S2 и S3 - щели в поперечных пластинах; W1 и W2 - два диска, насаженных на общий вал R. В каждом диске прорезано несколько радиальных щелей. Щель S3 расположена так, что, если бы не было дисков, вылетевшие из щели S1 и прошедшие сквозь щель S2 молекулы пролетали бы и сквозь щель S3 и попадали на детектор D. Если одна из щелей диска W1 окажется напротив щели S2, то молекулы, пролетевшие сквозь щели S1 и S2, пройдут и сквозь щель диска W1, но их задержит диск W2, насаженный на вал R так, что его щели не совпадают со щелями диска W1. Если диски неподвижны или медленно вращаются, то молекулы из сосуда V не попадают в детектор D. Если же диски быстро вращаются с постоянной скоростью, то некоторые из молекул проходят сквозь оба диска. Нетрудно понять, какие молекулы смогут преодолеть оба препятствия, - те, которые преодолеют расстояние от W1 до W2 за время, необходимое для смещения щели диска W2 на нужный угол. Например, если все щели диска W2 повернуты на угол 2° относительно щелей диска W1, то в детектор попадут молекулы, которые пролетают от W1 до W2 за время поворота диска W2 на 2°. Изменяя частоту вращения вала с дисками, можно измерять скорости молекул, вылетающих из сосуда V, и построить их распределение. Полученное таким образом распределение хорошо согласуется с максвелловским.
Рис. 2. СХЕМА УСТАНОВКИ для исследования распределения молекул газа по скоростям.
Броуновское движение. В 19 в. метод измерения скоростей молекул, описанный выше, еще не был известен, но одно явление позволяло наблюдать непрестанное тепловое движение молекул в жидкости. Шотландский ботаник Р.Браун (в прежней транскрипции - Броун) в 1827, наблюдая под микроскопом за частицами цветочной пыльцы, взвешенными в воде, обнаружил, что они не стоят на месте, а все время движутся, словно что-то толкает их то в одну, то в другую сторону. Позднее было высказано предположение, что хаотическое движение частиц вызвано непрерывным тепловым движением молекул жидкости, а точные исследования движения, получившего название броуновского, подтвердили правильность этой гипотезы
(см. БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ).
Теплоемкость газа или пара. Количество теплоты, необходимое для повышения температуры некоторого количества вещества на 1 градус, называется его теплоемкостью. Из формулы (4) следует, что если температуру газа повысить при постоянном объеме от T до T + 1, то энергия поступательного движения увеличится на (3/2) Nk. Вся тепловая энергия одноатомного газа есть энергия поступательного движения. Следовательно, теплоемкость такого газа при постоянном объеме Cv = (3/2) Nk, а теплоемкость на одну молекулу составляет (3/2) k. Теплоемкость N двухатомных молекул, обладающих еще и энергией вращательного движения kT, равна Cv = (5/2) Nk, а на одну молекулу приходится (5/2) k. В обоих случаях теплоемкость не зависит от температуры, а тепловая энергия дается выражением
Давление насыщенного пара. Если налить немного воды в большой закрытый сосуд, в котором есть воздух, но отсутствуют водяные пары, то некоторое ее количество немедленно испарится и частички пара начнут распространяться по всему сосуду. Если объем сосуда очень велик по сравнению с объемом воды, то испарение будет идти до тех пор, пока вся вода не превратится в пар. Если же воды налито достаточно много, то испарится не вся она; скорость испарения будет постепенно уменьшаться и в конце концов процесс остановится - произойдет насыщение объема сосуда водяными парами. С позиций молекулярно-кинетической теории это объясняется следующим образом. Время от времени та или иная молекула воды, находящаяся в жидкой среде вблизи поверхности, получает от соседних молекул достаточно энергии, чтобы вырваться в паровоздушную среду. Здесь она сталкивается с другими такими же молекулами и с молекулами воздуха, описывая весьма замысловатую зигзагообразную траекторию. В своем движении она также ударяется о стенки сосуда и о поверхность воды; при этом она может отскочить от воды или поглотиться ею. Пока вода испаряется, число молекул пара, захватываемых ею из паровоздушной среды, остается меньше числа молекул, покидающих воду. Но наступает момент, когда эти величины уравниваются - устанавливается равновесие, и давление пара достигает насыщения. В таком состоянии число молекул в единице объема пара над жидкостью остается постоянным (конечно, если постоянна температура). Такая же картина наблюдается и для твердых тел, но для большинства тел давление пара становится ощутимым только при высоких температурах.
КОЛЕБАНИЯ АТОМОВ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ И ЖИДКОСТЯХ
Рассматривая под микроскопом хорошо сохранившуюся древнегреческую или древнеримскую гемму, можно увидеть, что ее детали остались такими же четкими, какими они, по-видимому, были, когда гемма только что вышла из рук изготовившего ее мастера. Ясно, что за огромное время лишь очень немногие атомы смогли "вырваться" с поверхности камня, из которого сделана гемма, - в противном случае ее детали со временем потеряли бы четкость. Большинство атомов твердого тела могут совершать только колебательные движения относительно некоторого фиксированного положения, и с повышением температуры лишь увеличиваются средняя частота этих колебаний и их амплитуда. Когда вещество начинает плавиться, поведение его молекул становится похожим на поведение молекул жидкости. Если в твердом теле каждая частица колеблется в небольшом объеме, занимающем в пространстве фиксированное положение, то в жидкости и сам этот объем медленно и беспорядочно перемещается, а вместе с ним перемещается и колеблющаяся частица.
В любом неравномерно нагретом теле теплота передается от более теплых его частей к более холодным. Это явление называется теплопроводностью. Используя молекулярно-кинетическую теорию, можно найти скорость, с которой газ проводит тепло. Рассмотрим газ, заключенный в прямоугольный сосуд, верхняя поверхность которого имеет более высокую температуру, чем нижняя. Температура газа в сосуде постепенно понижается при переходе от верхних слоев к нижним - в газе существует температурный градиент. Рассмотрим тонкий горизонтальный слой газа АВ, имеющий температуру Т (рис. 3), и соседний слой CD с несколько более высокой температурой, T ў. Пусть расстояние между АВ и CD равно средней длине свободного пробега L. Согласно формуле (4), средняя энергия молекулы в слое АВ пропорциональна температуре Т, а в слое CD - температуре T'. Рассмотрим молекулу из слоя АВ, которая сталкивается с другой молекулой в точке А, после чего движется без столкновений до точки С; с большой вероятностью она попадет в слой CD с энергией, соответствующей слою АВ. И наоборот, молекула из слоя CD, движущаяся без столкновений из точки D в точку В, с большой вероятностью попадет в слой АВ с большей энергией, соответствующей слою CD, откуда она вылетела. Ясно, что при таких столкновениях от CD к АВ передается больше энергии, чем от АВ к CD, - от более теплого слоя к более холодному идет непрерывный поток тепла. Такая же картина наблюдается для всех слоев в газе.
Рис. 3. АНАЛИЗ ПОВЕДЕНИЯ МОЛЕКУЛ в соседних слоях жидкости или газа при наличии градиента температуры или скорости.
Скорость распространения тепла можно вычислить с достаточно хорошей точностью, даже если пренебречь тем, что длина свободного пробега одних молекул больше, а других - меньше средней. Рассмотрим плоскость FG, параллельную плоскостям АВ и CD и проходящую посредине между ними (рис. 3), и выделим единичную площадку этой плоскости. Если в единице объема имеется n молекул, движущихся со средней скоростью с, то за 1 с (1/2) nc молекул пересекут FG снизу вверх и перенесут энергию (1/2) ncE ; такое же число молекул пересечет FG сверху вниз и перенесет энергию (1/2) ncEў, где E и Еў - средние энергии молекул при температурах Т и Т'. Таким образом, если бы оба потока молекул двигались перпендикулярно плоскости FG, то разность перенесенных энергий была бы равна (1/2) nc (Е' - Е). Но молекулы пересекают FG под всевозможными углами, и, чтобы учесть это, указанную величину следует умножить на 2/3. Используя соотношение (6), получим
где Cv - теплоемкость n молекул, содержащихся в единице объема. При переходе от CD к АВ, находящихся друг от друга на расстоянии L, температура понижается на (Т' - Т) и если dT/dz - градиент температуры в направлении, перпендикулярном плоскости FG, то
Подставляя разность температур, выраженную через градиент, в формулу (7), получаем, что полная энергия, переносимая через единичную площадку за 1 с, равна
Величина K, описываемая выражением K = (1/3)CvcL,
называется коэффициентом теплопроводности газа.
Если измерять скорость течения реки на разной глубине, то можно обнаружить, что у дна вода почти неподвижна, а чем ближе к поверхности, тем быстрее она движется. Таким образом, в речном потоке имеется градиент скорости, аналогичный рассмотренному выше градиенту температуры; при этом благодаря вязкости каждый выше расположенный слой увлекает за собой соседний, лежащий под ним. Такая картина наблюдается не только в жидкостях, но и в газах. Используя молекулярно-кинетическую теорию, попытаемся определить вязкость газа. Предположим, что газ течет слева направо и что в горизонтальном слое CD на рис. 3 скорость течения больше, чем в слое АВ, расположенном непосредственно под CD. Пусть, как и прежде, расстояние между плоскостями равно средней длине свободного пробега. Молекулы газа быстро движутся по всему объему по хаотическим траекториям, но на это хаотическое движение накладывается направленное движение газа. Пусть u - скорость потока газа в слое АВ (в направлении от А к В), а u' - несколько большая скорость в слое CD (в направлении от C к D). Помимо импульса, обусловленного хаотическим движением, молекула в слое АВ обладает импульсом mu, а в слое CD - импульсом muў. Молекулы, переходящие без столкновений из АВ в CD, переносят в слой CD импульс mu, соответствующий слою АВ, тогда как частицы, попадающие из CD в АВ, смешиваются с молекулами из АВ и приносят с собой импульс mu'. Следовательно, из CD в АВ через единичную площадку плоскости FG за 1 с постоянно переносится импульс, равный
Поскольку скорость изменения импульса равна силе, мы получили выражение силы, приходящейся на единицу площади, с которой один слой действует на другой: более медленный слой тормозит более быстрый, а тот, напротив, увлекая за собой более медленный слой, ускоряет его. Аналогичные силы действуют между соседними слоями во всем объеме текущего газа. Если du/dz -градиент скорости в газе в направлении, перпендикулярном FG, то
Величина nm в формуле (8) есть масса газа в единице объема; если обозначить эту величину через r, то сила, приходящаяся на единицу площади, будет равна
где коэффициент (1/3)rLc - вязкость газа. Из последних двух разделов статьи следуют два вывода. Первый состоит в том, что отношение вязкости к теплопроводности равно r/Cv. Второй вытекает из приведенного ранее выражения для L и состоит в том, что вязкость газа зависит только от его температуры и не зависит от давления и плотности. Правильность обоих выводов с высокой точностью подтверждена экспериментально.
См. также
Гиршфельд Дж., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. М., 1961 Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. Л., 1975 Кикоин А.К., Кикоин И.К. Молекулярная физика. М., 1976
Молекуля́рно-ма́ссовое распределе́ние - соотношение количеств молекул различной длины (массы) в данном образце полимера. Одна из важнейших характеристик синтетических полимеров, определяющая многие их свойства, в частности механическую прочность.
* * *
МОЛЕКУЛЯРНО-МАССОВОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ - МОЛЕКУЛЯ́РНО-МА́ССОВОЕ РАСПРЕДЕЛЕ́НИЕ, соотношение количеств молекул различной длины (массы) в данном образце полимера. Одна из важнейших характеристик синтетических полимеров, определяющая многие их свойства, в частности механическую прочность.
МОЛЕКУЛЯРНО-МАССОВОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ - соотношение количеств молекул различной длины (массы) в данном образце полимера. Одна из важнейших характеристик синтетических полимеров, определяющая многие их свойства, в частности механическую прочность.
Молекуля́рное тече́ние - течение разреженного газа, при котором свойства потока существенно зависят от беспорядочного движения его частиц (молекул, атомов, ионов и электронов), в отличие от течений, где газ рассматривается как сплошная среда. Имеет место при полёте тел в верхних слоях атмосферы, в вакуумных системах и т. п.
* * *
МОЛЕКУЛЯРНОЕ ТЕЧЕНИЕ - МОЛЕКУЛЯ́РНОЕ ТЕЧЕ́НИЕ, течение разреженного газа, при котором свойства потока существенно зависят от беспорядочного движения его частиц (молекул, атомов, ионов и электронов), в отличие от течений, где газ рассматривается как сплошная среда. Имеет место при полете тел в верхних слоях атмосферы, в вакуумных системах и т. п.
МОЛЕКУЛЯРНОЕ ТЕЧЕНИЕ - течение разреженного газа, при котором свойства потока существенно зависят от беспорядочного движения его частиц (молекул, атомов, ионов и электронов), в отличие от течений, где газ рассматривается как сплошная среда. Имеет место при полете тел в верхних слоях атмосферы, в вакуумных системах и т. п.
Молекуля́рной биоло́гии институ́т (ИМБ) им. В. А. Энгельгардта РАН, организован в Москве в 1957. Современное название с 1965. Исследование структур и функций генетического аппарата высших организмов на молекулярном уровне, химических и физических основ действия ферментов и др.
МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ ИНСТИТУТ (ИМБ) им. В. А. Энгельгардта РАН - организован в Москве в 1957. Современное название с 1965. Исследования структур и функций генетического аппарата высших организмов на молекулярном уровне, химических и физических основ действия ферментов и др.
МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ ИНСТИТУТ (ИМБ) РАН - МОЛЕКУЛЯ́РНОЙ БИОЛО́ГИИ ИНСТИТУ́Т (ИМБ) им. В. А. Энгельгардта РАН, организован в Москве в 1957. Современное название с 1965. Исследования структур и функций генетического аппарата высших организмов на молекулярном уровне, химических и физических основ действия ферментов и др.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ - или частичные действия. В Механике: явления, происходящая под влиянием молекулярной силы.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ БОЛЕЗНИ - «МОЛЕКУЛЯ́РНЫЕ БОЛЕ́ЗНИ», наследственные заболевания, обусловленные биохимическими нарушениями (расстройства белкового, углеводного или др. видов обмена веществ).
-----------------------------------
«молекуля́рные боле́зни» - наследственные заболевания, обусловленные биохимическими нарушениями (расстройства белкового, углеводного или других видов обмена веществ).
"МОЛЕКУЛЯРНЫЕ БОЛЕЗНИ" - наследственные заболевания, обусловленные биохимическими нарушениями (расстройства белкового, углеводного или др. видов обмена веществ).
Молекуля́рные и а́томные пучки́ - направленные потоки молекул или атомов, движущихся в вакууме без столкновений друг с другом и с молекулами остаточных газов. Используются в радиоспектроскопии, квантовой электронике, ускорительной технике.
* * *
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ И АТОМНЫЕ ПУЧКИ - МОЛЕКУЛЯ́РНЫЕ И А́ТОМНЫЕ ПУЧКИ́, направленные потоки молекул или атомов, движущихся в вакууме без столкновений друг с другом и с молекулами остаточных газов. Используются в радиоспектроскопии, квантовой электронике, ускорительной технике.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ И АТОМНЫЕ ПУЧКИ - направленные потоки молекул или атомов, движущихся в вакууме без столкновений друг с другом и с молекулами остаточных газов. Используются в радиоспектроскопии, квантовой электронике, ускорительной технике.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ КРИСТАЛЛЫ - МОЛЕКУЛЯ́РНЫЕ КРИСТА́ЛЛЫ,. кристаллы, в узлах кристаллической решетки которых располагаются молекулы вещества, связанные друӠс другом слабыми или ван-дер-ваальсовыми силами (см. МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ) или водородной связью (см. ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ). Внутри молекул между атомами действует более прочная, обычно ковалентная связь. Силы взаимодействия между молекулами обусловлены незначительным взаимным смещением электронов в электронных оболочках атомов. Эти силы называют ван-дер-ваальсовыми, так как они имеют ту же природу, что и силы притяжения между молекулами, приводящими к отклонению газов от идеальности
Молекулярные кристаллы - рыхлые структуры с малыми координационными числами (см. КООРДИНАЦИОННОЕ ЧИСЛО), низкой температурой плавления и испарения, большой сжимаемостью. Фазовые превращения молекулярных кристаллов - плавление, возгонка, полиморфные переходы - происходят, как правило, без разрушения отдельных молекул. Большинство молекулярных кристаллов - диэлектрики (см. ДИЭЛЕКТРИКИ), обычно прозрачные для электромагнитных волн. К молекулярным кристаллам относятся благородные газы в твердом состоянии, кристаллы из насыщенных молекул, кристаллы многих полимеров, в том числе кристаллы белков и нуклеиновых кислот(биологические кристаллы).
Молекуля́рные си́та - микропористые тела, избирательно поглощающие из окружающей среды вещества, размеры молекул которых меньше размеров микропор. К ним относятся природные и синтетические цеолиты. Молекулярные сита позволяют производить адсорбционное разделение смесей веществ в газообразной и жидкой фазах.
* * *
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СИТА - МОЛЕКУЛЯ́РНЫЕ СИ́ТА, микропористые тела, избирательно поглощающие из окружающей среды вещества, размеры молекул которых меньше размеров микропор. К ним относятся природные и синтетические цеолиты. Молекулярные сита позволяют производить адсорбционное разделение смесей веществ в газообразной и жидкой фазах.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ сита - микропористые тела, избирательно поглощающие из окружающей среды вещества, размеры молекул которых меньше размеров микропор. К ним относятся природные и синтетические цеолиты. Молекулярные сита позволяют производить адсорбционное разделение смесей веществ в газообразной и жидкой фазах.
Молекуля́рные спе́ктры - оптические спектры испускания, поглощения и рассеяния света, принадлежащие свободным или слабо связанным молекулам. Состоят из спектральных полос и линий, структура и расположение которых типичны для испускающих их молекул. Возникают при квантовых переходах между электронными, колебательными и вращательными уровнями энергии молекул. Соответственно различают электронные, колебательные и вращательные молекулярные спектры. Усложняются с увеличением числа атомов в молекуле. По молекулярным спектрам изучают структуру, состояния, свойства молекул, а также осуществляют молекулярный спектральный анализ вещества.
* * *
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СПЕКТРЫ - МОЛЕКУЛЯ́РНЫЕ СПЕ́КТРЫ, оптические спектры испускания, поглощения и рассеяния света, принадлежащие свободным или слабо связанным молекулам. Состоят из спектральных полос и линий, структура и расположение которых типичны для испускающих их молекул. Возникают при квантовых переходах между электронными, колебательными и вращательными уровнями энергии молекул. Соответственно различают электронные, колебательные и вращательные молекулярные спектры. Усложняются с увеличением числа атомов в молекуле. По молекулярным спектрам изучают структуру, состояния, свойства молекул, а также осуществляют молекулярный спектральный анализ вещества.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СПЕКТРЫ - оптические спектры испускания, поглощения и рассеяния света, принадлежащие свободным или слабо связанным молекулам. Состоят из спектральных полос и линий, структура и расположение которых типичны для испускающих их молекул. Возникают при квантовых переходах между электронными, колебательными и вращательными уровнями энергии молекул. Соответственно различают электронные, колебательные и вращательные молекулярные спектры. Усложняются с увеличением числа атомов в молекуле. По молекулярным спектрам изучают структуру, состояния, свойства молекул, а также осуществляют молекулярный спектральный анализ вещества.
МОЛЕКУЛЯ́РНЫЙ, молекулярная, молекулярное (ест.). прил. к молекула. Молекулярный вес (сумма весов атомов, входящих в состав молекулы).
МОЛЕ́КУЛА, -ы, ж. Мельчайшая частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами. М. состоит из атомов.
молекуля́рный, молекуля́рная, молекуля́рное, молекуля́рные, молекуля́рного, молекуля́рной, молекуля́рных, молекуля́рному, молекуля́рным, молекуля́рную, молекуля́рною, молекуля́рными, молекуля́рном, молекуля́рен, молекуля́рна, молекуля́рно, молекуля́рны, молекуля́рнее, помолекуля́рнее, молекуля́рней, помолекуля́рней
молекуля́рный п 1*a
- прил. от сл. молекула;
м-ая масса (относительная) - отношение массы молекулы данного вещества к via части массы атома изотопа углерода 12с;
м-ая физика - раздел физики, изучающий свойства тел в зависимости от их молекулярного строения, взаимодействия между молекулами (атомами, ионами) и теплового движения молекул;
м. генератор - прибор для генерирования электромагнитных колебаний сверхвысокой частоты за счет вынужденного излучения возбужденных молекул (см. мазер);
м-ые и атомные пучки - направленные потоки молекул или атомов, в которых последние движутся в вакууме практически без столкновений друг с другом и с частицами среды; примен. в радиоспектроскопии и квантовой электронике;
м-ая биология - отрасль биологии, ставящая своей задачей познание природы явлений жизнедеятельности путем изучения биологических объектов и систем на уровне, приближающемся к молекулярному;
м-ая генетика - раздел современной генетики, познающий материальные основы наследственности и изменчивости путем исследования на уровне, близком к молекулярному, процессов реализации и передачи изменения и хранения генетической информации.
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ая, ое.moléculaire, нем. molekular. Отн. к молекуле, молекулам, свойственый им. Молекуряная теплота. Молекулярный вес. БАС-1. - Лекс. Толль Прил. 1866: молекулярные действия; Даль-3: меолекуля/рный вес; Уш. 1938: меолекуля/рный.
Молекуля́рный вес - то же, что молекулярная масса.
* * *
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ВЕС - МОЛЕКУЛЯ́РНЫЙ ВЕС, см. Молекулярная масса (см. МОЛЕКУЛЯРНАЯ МАССА).
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ВЕС - см. Молекулярная масса.
Молекуля́рный генера́тор - квантовый генератор, в котором активной средой является молекулярный газ. Применяется главным образом в устройствах радиоспектроскопии в диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн.
* * *
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ГЕНЕРАТОР - МОЛЕКУЛЯ́РНЫЙ ГЕНЕРА́ТОР, первый квантовый генератор; активная среда в нем - пучок молекул аммиака. Использовался как активный квантовый стандарт частоты; применяется как радиоспектроскоп высокого разрешения при исследованиях молекул HN3, атомов N и Н и их ядер.
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ генератор - первый квантовый генератор; активная среда в нем - пучок молекул аммиака. Использовался как активный квантовый стандарт частоты; применяется как радиоспектроскоп высокого разрешения при исследованиях молекул HN3, атомов N и Н и их ядер.
Молекуля́рный насо́с - вакуумный насос, действие которого основано на сообщении молекулам откачиваемого газа дополнительной скорости при соударении их с быстровращающимся (частота вращения до 90 тыс. об/мин) ротором. Различают молекулярные насосы цилиндрические, дисковые, конические и др. Остаточное давление от 10 до 10-9 Па.
* * *
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ НАСОС - МОЛЕКУЛЯ́РНЫЙ НАСО́С, вакуумный насос, действие которого основано на сообщении молекулам откачиваемого газа дополнительной скорости при соударении их с быстро вращающимся (частота вращения до 90 тыс. об/мин) ротором. Различают молекулярные насосы цилиндрические, дисковые, конические и др. Остаточное давление от 10 до 10-9 Па.
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ НАСОС - вакуумный насос, действие которого основано на сообщении молекулам откачиваемого газа дополнительной скорости при соударении их с быстро вращающимся (частота вращения до 90 тыс. об/мин) ротором. Различают молекулярные насосы цилиндрические, дисковые, конические и др. Остаточное давление от 10 до 10-9 Па.
Молекуля́рных орбита́лей ме́тод - квантовохимический расчётный метод, основанный на представлении о том, что каждый электрон молекулы описывается своей волновой функцией (молекулярной орбиталью, МО). На практике каждую МО часто представляют как линейную комбинацию атомных орбиталей (приближение ЛКАО). Волновая функция молекулы, построенная из МО тем или иным способом, далее уточняется, например, вариационным методом. Такой подход позволяет приближённо определить энергетические состояния молекулы, объяснить многие её свойства и структуру.
* * *
МОЛЕКУЛЯРНЫХ ОРБИТАЛЕЙ МЕТОД - МОЛЕКУЛЯ́РНЫХ ОРБИТА́ЛЕЙ МЕ́ТОД, квантовохимический расчетный метод, основанный на представлении о том, что каждый электрон молекулы описывается своей волновой функцией (молекулярной орбиталью, МО). На практике каждую молекулярную орбиталь часто представляют как линейную комбинацию атомных орбиталей (приближение ЛКАО). Волновая функция молекулы, построенная из молекулярной орбитали тем или иным способом, далее уточняется, напр. вариационным методом. Такой подход позволяет приближенно определить энергетические состояния молекулы, объяснить многие ее свойства и структуру.
МОЛЕКУЛЯРНЫХ ОРБИТАЛЕЙ метод - квантовохимический расчетный метод, основанный на представлении о том, что каждый электрон молекулы описывается своей волновой функцией (молекулярной орбиталью, МО). На практике каждую молекулярную орбиталь часто представляют как линейную комбинацию атомных орбиталей (приближение ЛКАО). Волновая функция молекулы, построенная из молекулярной орбитали тем или иным способом, далее уточняется, напр. вариационным методом. Такой подход позволяет приближенно определить энергетические состояния молекулы, объяснить многие ее свойства и структуру.