你们是不是也对分子那种摸不着、看不见的东西感到好奇?其实,通过一些有趣的实验,我们就能揭开分子的神秘面纱。比如,油膜实验把油酸分子“摊”成一张薄得几乎看不见的“油膜”。先假设分子是完美的球形,再让它们一个挨着一个排好队,像拼图一样铺满水面。只要测出油酸的体积和它在水面上形成的油膜面积,就能算出这层油膜的厚度,这厚度大约就是分子的直径。实验结果显示,这个数值在10⁻¹⁰米左右,简直太微小了,简直让人无法想象! 接下来看看显微镜下的布朗运动。你知道吗?花粉颗粒在显微镜下不停地翻滚,并不是它们自己在动,而是因为周围无数水分子在不停地撞击它们。这些水分子就像“隐形推手”,把花粉颗粒推来搡去。这个现象直接证明了水分子的运动是没有规则的。 还有伽耳顿板实验和麦克斯韦速率分布曲线。伽耳顿板启示我们:虽然单个钢珠落到哪里我们无法预测,但是大量钢珠却遵循着一条特定的规律。就像伽耳顿板上的钢珠一样,单个分子的运动速度我们也无法预知,但是大量分子却遵循着麦克斯韦速率分布曲线。温度越高,这个曲线就越往右翘,说明分子越活跃。 再来说说分子间力的表现。当你用弹簧秤把贴在水面上的玻璃片缓缓提起时,你会发现弹簧秤的示数突然变大了。这说明玻璃片和水面之间存在吸引力。还有一个例子就是把两块铅块压紧后它们就会粘在一起。这些现象都证明了分子间存在引力。 内能其实就是分子动能和势能之和。分子在做无规则运动时就有动能,而当它们之间距离发生变化时就有势能。改变内能有两种方法:做功或者热传递。比如你把绳子绑在钢管上拉摩擦钢管时,你会看到温度传感器显示温度升高了;或者柴油机压缩冲程中活塞对气体做功时气体也会升温点燃柴油并膨胀做功后温度再次下降。 最后说说自然过程的方向性。你知道吗?自然界中的很多过程都是单向进行的。比如热量只能从高温物体传给低温物体而不能反过来;机械能也只能转化为内能而不能变回机械能;还有气体自由膨胀后也不会再自发地回到原来的状态。比如你打开隔板让空气自由扩散到整个容器中时,空气绝不会再自己缩回去。 这个过程也被称为能量耗散。一旦孤立系统内能增加(比如摩擦、燃烧),它就会进入一种更高能的状态并且无法再回到原来的状态。如果你想让系统重新回到最初状态,就必须借助外界做功——而这新功又会再次转化为内能形成一个单向递增的能量耗散链。