【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實(shí)還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。?

第一章分子運(yùn)動(dòng)論?

【山話||? 由于單位“摩爾”是在1975年才正式確立，而原教材是60年代的成果，因此此處使用的單位是“克分子”和“克原子”，換算關(guān)系：1克分子=1mol分子，1克原子=1mol原子】

§1-6布朗運(yùn)動(dòng)

【01】英國(guó)科學(xué)家布朗在1827年所發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象直接證明了物體內(nèi)部的分子是在進(jìn)行著無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)是自發(fā)的和永不停息的。因?yàn)榧词褂梅糯蟊稊?shù)很高的顯微鏡也看不到分子，所以分子的運(yùn)動(dòng)不可能直接觀察到。但是，通過間接的觀察，可以確信分子是在不斷地運(yùn)動(dòng)著。

【02】把一種非常小的物質(zhì)顆粒（例如花粉）放在不能溶解這種物質(zhì)的液體（如水）里，再放在600倍以上的顯微鏡下面來觀察（圖1·6）。當(dāng)玻璃上的液體處于完全靜止的時(shí)候，我們通過顯微鏡可以看到這些小顆粒是在不停地運(yùn)動(dòng)著。每一個(gè)小顆粒的運(yùn)動(dòng)方向和速度的大小都改變得很快。如果我們注意其中的某一個(gè)顆粒，那么就可以看到它好象在某種突然的推動(dòng)下跳動(dòng)，又好象碰到了什么而突然暫時(shí)停止；就這樣，不斷地作短促的跳躍。如果比較兩個(gè)小顆粒的運(yùn)動(dòng)情況，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)它們的運(yùn)動(dòng)軌跡間沒有什么共同之點(diǎn)，因此，這些小顆粒的運(yùn)動(dòng)是紊亂的和沒有規(guī)則的。顆粒越小，它的運(yùn)動(dòng)也就越激烈。這種運(yùn)動(dòng)就叫做布朗運(yùn)動(dòng)。

【03】要觀察布朗運(yùn)動(dòng)，必須把足夠小的固體顆粒攪和在液體中。例如，把一小滴墨汁滴入水中，使它變得很淡，取一滴這樣的液體放在放大倍數(shù)為800到1000倍的顯微鏡下面來觀察，就可以看到布朗運(yùn)動(dòng)。

【04】懸浮在靜止氣體中的灰塵，煙霧等也是在作布朗運(yùn)動(dòng)。

【05】從觀察的結(jié)果知道，布朗運(yùn)動(dòng)是永遠(yuǎn)不會(huì)停止的。如果把溶有固體小顆粒的溶液放在封閉的淺皿里，那么，不論是白天還是黑夜，冬天還是夏天，我們總可以看到布朗運(yùn)動(dòng)。如果我們連續(xù)地觀察好幾天、好幾個(gè)月甚至好幾年，也決不會(huì)看到小顆粒的運(yùn)動(dòng)會(huì)停止。液體的溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)也就進(jìn)行得越激烈。

【06】起初，大家認(rèn)為這種運(yùn)動(dòng)是由于外界的影響（例如振動(dòng)，流體的流動(dòng)）而引起的，但是后來在盡量避免一切外界干擾的情形下，作多次精確的實(shí)驗(yàn)后指出，布朗運(yùn)動(dòng)仍然存在。

【07】那么產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)的原因究竟是什么呢？

【08】每一個(gè)作布朗運(yùn)動(dòng)的小顆粒是具有一定的質(zhì)量的，它的運(yùn)動(dòng)服從力學(xué)定律，因此，它的不斷跳躍說明了一定有其他的物體對(duì)它作用。

【09】在顯微鏡下看起來是透明、均勻和連成一片的，似乎是完全靜止不動(dòng)的液體，實(shí)際上是由許許多多不規(guī)則運(yùn)動(dòng)著的分子組成的。分子的大小只有作布朗運(yùn)動(dòng)的小顆粒大小的幾千分之一。分子在運(yùn)動(dòng)時(shí)跟小顆粒相互碰撞，每一個(gè)小顆粒同時(shí)受到來自四面八方的許多分子的碰撞，但是因?yàn)榉肿拥倪\(yùn)動(dòng)是紊亂的，所以它們對(duì)小顆粒的碰撞并不是完全彼此平衡的。有時(shí)小顆粒在某一方向受到的碰撞多一些，小顆粒就向這個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。有時(shí)在另一方向受到的碰撞多一些，小顆粒又向新的方向運(yùn)動(dòng)。結(jié)果小顆粒也就這樣地作無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。

【10】圖1·7是作布朗運(yùn)動(dòng)小顆粒的位移圖線。圖中畫出了小顆粒每隔30秒鐘所在的位置，然后用直線依次把這些位置連接起來。因此，圖中的每一段小直線是作布朗運(yùn)動(dòng)的小顆粒在30秒鐘內(nèi)的位移，但并不是小顆粒運(yùn)動(dòng)的軌跡。實(shí)際上，如果時(shí)間間隔取得更短（例如每隔3秒鐘），那么每一段直線將被更復(fù)雜的折線所代替。

【11】從圖1·7中可以看出：(1)各個(gè)小顆粒的運(yùn)動(dòng)情況是不相同的；(2)同一個(gè)小顆粒在相等的時(shí)間內(nèi)所經(jīng)過的位移是不相同的。這一點(diǎn)說明，分子的運(yùn)動(dòng)是極不規(guī)則的。

【12】由此可見，產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)的唯一原因是小顆粒所在的那個(gè)媒質(zhì)（液體）分子始終不停的紊亂運(yùn)動(dòng)。

【13】如果把較大的顆粒放入液體中，它雖然也要受到液體分子的碰撞，但是，由于顆粒較大，它在任一瞬時(shí)所受到的來自各個(gè)方向的碰撞次數(shù)就較多，而各個(gè)方向上的碰撞次數(shù)相差無幾，基本上相等，于是液體分子對(duì)顆粒的作用幾乎相互抵消，因此就不能產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)。

【14】實(shí)驗(yàn)告訴我們，液體的溫度越高，放入其中的小顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)就越激烈。但是布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。由此，我們可以推想到，溫度越高，液體分子運(yùn)動(dòng)的速度就越大。

【15】我們應(yīng)該明了，作布朗運(yùn)動(dòng)的顆粒雖然很小，但它并不是單一的分子，每一個(gè)小顆粒都含有千百萬個(gè)分子；因此，小顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)只是間接地揭露了分子的運(yùn)動(dòng)，而并不就是分子的運(yùn)動(dòng)。個(gè)別分子的運(yùn)動(dòng)我們是看不見的。

【16】通過擴(kuò)散現(xiàn)象和布朗運(yùn)動(dòng)的討論，我們完全可以確信，不論氣體、液體和固體的分子都是在不停地和無規(guī)則地運(yùn)動(dòng)著。

【17】擴(kuò)散現(xiàn)象和布朗運(yùn)動(dòng)還間接地證實(shí)了分子間存在著空隙。事實(shí)上，如果物體的分子是緊密地靠在一起的，那么，分子只能作轉(zhuǎn)動(dòng)，而不能自由地從一個(gè)地方移到另一個(gè)地方去。這樣，就既不可能有擴(kuò)散現(xiàn)象，也不可能有布朗運(yùn)動(dòng)了。

習(xí)題1-6

1、布朗運(yùn)動(dòng)是怎樣產(chǎn)生的？布朗運(yùn)動(dòng)的劇烈程度跟溫度有什么關(guān)系？試說明其理由。

2、為什么說，布朗運(yùn)動(dòng)間接地顯示了物質(zhì)分子處于自發(fā)的和永恒的混亂運(yùn)動(dòng)中？

3、作布朗運(yùn)動(dòng)微粒的直徑約為10?3毫米，如果微粒過大，就不會(huì)顯示布朗運(yùn)動(dòng)，這是什么道理？

4、為什么懸浮在液體中的顆粒越小，它的布朗運(yùn)動(dòng)就越顯著？