分子运动论

分子运动论是人们在对大量实验事实观察的基础上提出的对物质结构的一种基本假设。其要点是：**物体是由大量分子组成的，分子永不停息 地做无规则运动，分子之间存在着相互作用的引力和斥力。**下面我们着重介绍分子运动论的实验基础。

物体是由大量分子组成的。

我们知道，物体是由大量分子组成的，1 摩尔(mol)的任何物质含有的分子数相同，这叫做阿伏伽德罗常数。它的值 NA=6.02×1023/摩尔。

分子是很小的。物理学中有各种不同的方法来测定分子的大小，一种粗略地测定分子大小的方法是油膜法。把一小滴体积为 V 的油滴，滴在静止的水面上，油在水面上会尽可能散开，形成单分子薄膜。测出油膜的表面积 S，就可算出单分子油膜的厚度 d=V/S。如果把分子看成球形，并认为分子紧密排列在一起，这油膜的厚度就等于油分子的直径。测定结果表明， 油分子直径的数量级是 10-10 米。

要注意的是：把分子看作球形，是一种简化的模型。实际上分子的内部结构很复杂，我们一般只要知道分子大小的数量级就可以了。

分子永不停息地做无规则运动

1827 年，英国植物学家布朗在显微镜下观察到水中的花粉微粒和其他悬浮着的小颗粒在不停地做无规则运动。以后，人们又发现在温度均匀和没有外力作用时，在显微镜下都能观察到悬浮在液体和气体中的小颗粒的

无规则运动。人们把这种小颗粒的无规则运动叫做布朗运动。我们把少量烟墨墨汁用水稀释后，取一小滴放在显微镜下观察(图 2－34)，就可看到小碳粒的布朗运动，而且碳粒越小，运动越明显；温度越高，运动越明显。图 2－35 所示的是在显微镜下观察到的做布朗运动的三颗微粒的运动情

况。这个图是根据每隔 30 秒记录的微粒所在位置，用直线把这些位置依次连接起来形成的三条折线。从这些折线可以看出小颗粒的运动是无规则 的。

布朗运动产生的原因是什么呢？图 2－36 描绘了一个小颗粒受到周围液体分子撞击的情景，每个液体分子撞击小颗粒时都给小颗粒一个作用 力，由于颗粒体积很小，在某一瞬间和它相撞的分子数也比较少，如果从某一方向撞击的分子数多于其他方向撞击的分子数，小颗粒受到的作用力就不平衡，这个瞬时合力使小颗粒的运动状态发生变化。下一瞬间，在另外方向上的作用力大一些，那么小颗粒的运动状态又发生变化，这样就引起了小颗粒的无规则运动。做布朗运动的小颗粒虽然不是分子，但它的无规则运动正是液体分子做无规则运动的反映。

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如果颗粒较大，虽然它也受到周围液体分子的撞击，但由于同时跟它撞击的分子较多，来自各个方向的撞击作用可以认为是相互平衡的，所以较大的颗粒的布朗运动极不明显，难以观察。

从温度越高小颗粒的运动越激烈的实验事实，表明分子的无规则运动是跟温度有关的，温度越高，分子运动越激烈，所以分子的无规则运动也叫热运动。

S：从图 2－35 来看，我认为在较短的时间内颗粒的运动还是有规则的，因为至少在 30 秒内，颗粒的运动轨迹是直线。

T：图 2－35 所画的并不是颗粒实际运动的轨迹，而是记录了颗粒每隔30 秒所在位置的变化，若干段短直线只是这一系列位置变化的连线。如果时间间隔取得再短一些，那么每一小段直线将被另外一些不规则的折线所代替。这些折线也不是颗粒的运动轨迹，所以说颗粒在任何时间内的运动是无规则的。