Роберт Броун был уверен, что он оставит след в истории ботаники, а получилось так, что его имя вошло в историю физики. Поэтому в физических справочниках можно прочитать:

«Роберт Броун (1773–1858), шотландский ботаник, открывший беспорядочное движение мельчайших частиц в жидкости или газе под влиянием ударов молекул окружающей среды, получившее название ”броуновское движение”».

Интересно, что на протяжении почти сорока лет не было правильного объяснения причин броуновского движения. Теория этого явления была создана благодаря работам А. Эйнштейна и М. Смолуховского только в 1905–1906 годах.

Вещество в различных состояниях

Мы знаем, что практически все вещества могут существовать в трех агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном. (Четвертым состоянием вещества считают плазму.)

Агрегатное состояние зависит от физических условий, в которых находится вещество. Существование вещества в нескольких агрегатных состояниях обусловлено различиями в тепловом движении его молекул (атомов) и в их взаимодействии при разных условиях.

Газ – это такое агрегатное состояние вещества, в котором частицы не связаны или весьма слабо связаны силами взаимодействия; кинетическая энергия теплового движения частиц (молекул, атомов) газа значительно превосходит потенциальную энергию взаимодействий между ними, поэтому частицы движутся почти свободно, целиком заполняя сосуд, в котором находятся. Любое вещество можно перевести в газообразное, изменяя давление и температуру.

Жидкость – это такое агрегатное состояние вещества, которое является промежуточным между твердым и газообразным. Для жидкости характерна большая подвижность частиц и малое свободное пространство между ними. Это приводит к тому, что жидкости сохраняют свой объем и приобретают форму сосуда. В то же время жидкость имеет только ей присущие особенности, одна из которых – текучесть.

Молекулы жидкости размещаются очень близко друг к другу. Поэтому плотность жидкости намного больше плотности газов (при нормальном давлении). Свойства жидкости во всех направлениях одинаковы (говорят, что жидкость является изотропной), за исключением жидких кристаллов.

Тепловое движение молекул жидкости «состоит» из коллективных колебательных движений и скачков молекул из одних положений равновесия в другие. При наличии внешней силы, сохраняющей свое направление более длительное время, чем интервалы между скачками, молекулы перемещаются в направлении этой силы, что и приводит к текучести жидкости.

Твердые тела – это тела, находящиеся в таком агрегатном состоянии, которое характеризуется стабильностью формы и определенным характером теплового движения атомов. Это движение вызывает малые колебания атомов (или ионов)[3], из которых состоит твердое тело.

Структура твердых тел многообразна, но их можно разделять на кристаллы и аморфные тела.

В кристаллах атомы (или ионы) расположены в узлах так называемых кристаллических решеток и колеблются около них. Периодичность в расположении атомов приводит к сохранению такого порядка на больших расстояниях.

В аморфных телах атомы колеблются около хаотически расположенных точек. Аморфные тела изотропные, не имеют постоянной температуры плавления, текут.

Кристаллическая структура твердых тел зависит от сил, действующих между атомами и частицами. Одни и те же атомы могут образовывать различные структуры – например, серое и белое олово, графит и алмаз.

Известно, что некоторые вещества существуют в состояниях с разной атомной кристаллической структурой. Такая особенность называется полиморфизмом («поли» – много, «морф» – форма).

Одиночные кристаллы называют монокристаллами. У монокристаллов некоторые свойства являются анизотропными, то есть они зависят от направления в веществе. Естественная анизотропия – характерная черта кристаллов. Например, пластинка слюды легко расщепляется на тонкие листочки вдоль определенной плоскости (параллельно этой плоскости силы сцепления между частицами слюды наименьшие).

Кристаллы горного хрусталя

Твердое тело, состоящее из большого количества маленьких кристаллов, называют поликристаллическим. Поликристаллические материалы являются изотропными.

Плазма – это частично или полностью ионизированный газ, в котором количество отрицательных и положительных зарядов практически одинаковы.

При сильном нагревании любое вещество испаряется, превращается в газ. Если увеличивать температуру и дальше, молекулы газа начнут распадаться на атомы, которые затем превращаются в ионы.