费曼物理学讲义（第一卷） 沿者所有的方向不停地运动着.由于有这么多的气体分子一直在撞击顶端的活塞，因此婴 使活塞不被这种不断的碰撞逐渐顶出来必须施加一定的力把活密压下去， 这个力称为压力（实际上，是压强乘以面积），很清楚，这个力正比于面积 W 因为如果我们增大面积而保持每立方厘米内的分子数不变的话，那么分子 与活塞碰撞次数增加的比例与面积增加的比例是相同的 现在，让我们在这个容器内放入两倍的分子，以使密度增加一倍，同时 让它们具有同样的速度，即相同的温度.那么，作为一种很好的近似，碰拉 的次数也将增加一倍，由于每次碰擅仍然和先前那样“有力”，压力就正比于 图1-3 密度，如果我们考虑到原子之间的力的真实性质，那么岛于原子之间的吸引， 可以预期压力略有减少：而由于原子也占有有限的体积，则可以预期压力略有增加.无论如 何，作为一个很好的近似，如果原子较少，密度足够低，那么，压力正比于密度. 我们还可以看一下其他情况.如果提高温度而不改变气体密度，亦即只增加原子的速 度，邦么在压力上会出现什么情况？当然，原子将撞击得更剧烈一些，因为它们运动得更快一 些.此外，它们的碰撞更频繁了，因此压力将增加，你们看，原子理论的概念是多么简单！ 我们来考虑另一种情况，假定活塞向下移动，原子就慢慢地被压缩在一个较小的空间 里.当原子碰到运动着的活塞时，会发生什么情况呢？很显然，原子由于碰撤而提高了速率，例 如，你可以试一下乒乓球从一个朝前运动的球拍弹回来时的情况，你会发现弹回的速率比打 到球拍上的速率更大一些（一个特例是：如果一个原子恰好静止不动，那么在活塞碰上它以 后，当然就运动了).这样原子在弹离活塞时比碰上去之前更“热”.因此所有容器中的分子 的速率都提高了.这意味着，当我们缓？压缩气体时，气体的温度会升高.结果，在缓慢庄 缩时，气体的温度将升高；而在缓慢膨胀时，气体的温度将降低. 现在回到我们的那滴水上去，从另一个角度去观絮一下.假定现在降低水滴的温度，并 且假定水的原子、分子的跳动逐渐减小.我们知道在原子 之间存在者引力，因而过一会儿，它们就不能再跳得那么 厉害了，图1-4表示在很低的温度下会出现什么样的情况」 这时分子连接成一种新的图象，这就是冰.这个特殊的冰 的图象是不正确的，因为它只是二维的，但是它在定性上是 正确的.有趣的一点是，对于每一个原子，都有它的确定位 凳。你们可以很容易地设想，如果我们用某种方式使冰滴 一端的所有的原子按一定的方式排列，并让每个原子处在 1- 一定的位置上，那么由于互相连接的结构很牢固，几英里之外（在我们放大的比例下）的另 端也将有确定的位置.如果我们抓住一根冰棍的一端，另一端就会阻止我们把它拉出去.这 种情汽不象水那样由于跳动加强以致所有的原子以种种方式到处跑来跑去，因而结构也煎 被被坏了，固体与液体的差别藏在于：在固体中，原子以某种称为晶体排列的方式排列着，即 使在较长的距离上它们的位爱也不能杂乱无章.晶体一端的原子位置取决于晶体另一端的 与之相距千百万个原子的排列位置：图1-4是一种虚构的冰的排列状况，它虽然包括了冰 的许多正确的特征，但并不是真实的排列情况.正确的特征之一是这里具有一种六边形的对 称性.你们可以看到：如果把画面绕-一根轴转动120°的话，它仍然回到原来的形状，因此，在 冰里存在若一定的对称性，这说明为什么雪花具有六边形的外表.从图1-4中还可以看到为