Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
В помощь читателю
Миллисекунды
Микросекунды
Наносекунды
Пикосекунды
Атомное движение
Пределы звука
Как начинается плавление
Пределы электроники
Электромагнитные волны
Элементарные частицы
Фемтосекунды
Аттосекунды
Зептосекунды
Йоктосекунды
От секунды до года
Астрономические времена
Сонолюминесценция
Фолдинг белков
Возбужденные атомы
Ядерные распады
Элементарные частицы
Движение континентов
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram





Главная / Масштабы: времена / Пикосекунды / Атомное движение

Пикосекунды: 1. Атомное движение

Пикосекунды — это типичный временной масштаб, на котором двигаются и сталкиваются\nдруг с другом атомы и молекулы твердых тел

Пикосекунды — это типичный временной масштаб, на котором двигаются и сталкиваются друг с другом атомы и молекулы твердых тел. На временах много меньше пикосекунды отдельные молекулы можно считать остановившимися, и тогда интересные явления происходят лишь внутри них. На временах много больше пикосекунды движение молекул усредняется, и перед нами предстает сплошное вещество

1 пс = 10−12 c

Если при наносекундном масштабе мы следили за свойствами вещества, то в пикосекундном диапазоне коллективное поведение сплошной материи как бы рассыпается на отдельные элементарные «шаги».

На пикосекундах нам открывается новый мир — мир атомного движения.

kB — постоянная Больцмана,
m — масса молекулы

И сразу первая приятная новость: пикосекундный масштаб атомных движений не требуется запоминать, его легко вычислить. Смотрите: типичное расстояние между атомами в жидкости или твердом теле — несколько атомных размеров, т. е. несколько ангстрем. Типичные скорости движения — это обычные тепловые скорости. Их можно сосчитать по формуле, но для самых простых оценок по порядку величины можно просто взять скорость звука в воздухе — ведь этот звук связан с движением атомов. Эта простая оценка дает опорный масштаб времен атомного движения в твердом теле или в жидкости:

T0   ~     несколько атомных размеров   ~   3 Å   =   1 пс
скорость звука в воздухе 300 м/с

Сюда, в принципе, можно было подставить и скорость звука в твердом теле, хоть это было бы чуть менее корректно. Мы бы тогда получили время в несколько раз меньше, но такое отличие для понимания масштаба несущественно.

Конечно, в каждой конкретной ситуации характерное время атомного движения может отклоняться в ту или иную сторону. Например, атомы водорода очень легкие, и из-за этого они при комнатной температуре движутся намного быстрее. Типичный период колебаний или столкновений атомов водорода на порядок меньше нашей оценки и составляет несколько десятков фемтосекунд. Тяжелые молекулы или части крупных и сложных молекул, наоборот, движутся заметно медленнее. Ну а если вдобавок говорить про температуры, существенно отличающиеся от комнатной, то и скорости, и времена между столкновениями тоже могут измениться.

Однако с точностью до этих оговорок и уточнений наше простое вычисление дает верную оценку для важнейшего опорного временного рубежа. На временах намного больше пикосекунды молекулярное движение выходит из поля зрения, и мы тогда говорим про усредненные свойства вещества. На временах, много меньших пикосекунды, движением атомов можно пренебречь, вещество как таковое нас уже не интересует, и мы погружаемся в мир внутриатомного движения.

Напоследок, для желающих помедитировать под атомное движение, — видеоролик с результатами моделирования движения молекул воды в маленьком объемчике.

Назад: Информационная емкость радиоволны  |  Далее: Пределы звука

 

Комментировать
 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия