Главная >> Молекулярная физика. Термодинамика. Физика 10 класс. Мякишев

Глава 2. Основы молекулярно-кинетической теории

Основные положения молекулярно-кинетической теории

Несложная конструкция из трех взаимно перпендикулярных керамических стержней обеспечивает перемещение острия по всем направлениям (рис. 2.2). Меняющиеся напряжения на стержнях вызывают перемещение острия вдоль параллельных линий, отстоящих друг от друга на заданные расстояния (сканирование). Одновременно происходит перемещение острия по вертикали, обеспечивающее фиксированную силу тока.

Полученная информация о перемещениях острия обрабатывается компьютером и подается на принтер (печатающее устройство) или непосредственно на экран дисплея, на котором и получается изображение атомов на поверхности образца. На рисунке 2.3 показано изображение поверхности графита, полученное в лаборатории кафедры квантовой радиофизики МГУ в 1991 г.

С помощью туннельного микроскопа можно не только получать атомное изображение поверхности, но и перемещать по ней атомы в произвольном направлении. Для этого на очищенную поверхность кристалла никеля напыляют небольшое количество атомов ксенона. Поверхность охлаждается до -269 °С, чтобы исключить заметные перемещения атомов ксенона вследствие теплового движения. Увеличивая напряжение между острием и никелевой подложкой, можно зацепить на острие отдельный атом ксенона и перенести его в нужном направлении. Уменьшив затем напряжение, можно отцепить атом и поместить его в любом месте. На рисунке 2.4, сделанном с экрана дисплея, вы видите название фирмы IBM, «написанное» 35 атомами ксенона. Размещение отдельных атомов в заданных местах открывает фантастические возможности создания хранилищ информации на атомном уровне. Это уже предел «миниатюризации» хранилищ информации.

Размеры атомов и молекул

Туннельные микроскопы обеспечивают увеличение в 100 млн раз. Это позволяет измерять размеры атомов с очень большой точностью. Так, диаметр атома углерода оказался равным 1,4 • 10^-8 см. Такой же порядок имеют и размеры других атомов.

Размеры атомов и молекул, найденные другими методами, оказываются примерно такими же.

Эти размеры так малы, что их невозможно себе представить. Что вам может сказать, например, число 2,3 • 10⁸см — размер молекулы водорода? В таких случаях прибегают к помощи сравнений. Если, например, вашу голову увеличить до размеров средней звезды типа Солнца, то молекула при этом увеличится до размеров головы.

А вот еще сравнение. Если представить себе, что все размеры в мире возросли в 10⁸ раз, то молекула водорода будет выглядеть как шарик диаметром всего в 2,3 см (средних размеров слива), а рост человека стал бы равным 170 000 км, размер мухи — 10 000 км, толщина волоса — 10 км, размер красного кровяного тельца (эритроцита) — 700 м.

Число молекул

При столь малых размерах молекул число их в любом макроскопическом теле чрезвычайно велико. Подсчитаем приблизительное число молекул в капле воды массой 1 г и, следовательно, объемом 1 см³. Диаметр молекулы воды равен приблизительно 3 • 10^-8см. Считая, что каждая молекула воды при плотной упаковке молекул занимает объем (3 • 10^-8 см)³, можно найти число молекул в капле, разделив объем капли (1 см³) на объем, приходящийся на одну молекулу:

Представьте себе, что поверхность земного шара твердая и гладкая. На всей поверхности вплотную друг к другу стоят люди. Число людей при этом будет чуть меньше числа молекул в 1 см³ воздуха при нормальном атмосферном давлении и температуре 0 °С.

Надо помнить основные положения молекулярно-кинетической теории. Атомы имеют размеры порядка 10^-8 см. Изображения атомов, полученные с помощью туннельного микроскопа, не оставляют никаких сомнений в их существовании.

<<< К началу параграфа