Тело физическое

Тело физическое, часть материи, характеризуемая свойством непроницаемости («два тела не могут занимать одновременно одну и ту же часть пространства»). Однако, наблюдение показывает, что тела, представляющиеся по внешности совершенно сплошными, могут пропускать сквозь себя другие тела: например, накаленная платина пропускает водород. Поэтому для сохранения в силе непроницаемости приходится приписать физическим телам свойство пористости, или скважности, т. е. допустить, что тела состоят из частиц (молекул, см.), разделенных друг от друга промежутками (порами), невидимыми вследствие своих ничтожных размеров. Пористостью объясняется также способность тел уменьшать свой объем при охлаждении или под действием увеличивающегося внешнего давления. Тела  могут встречаться в трех «агрегатных состояниях»: твердом, жидком и газообразном. Иногда между двумя состояниями возможен непрерывный переход. Например, если нагревать такие твердые тела, как стекло, жиры, воск, то они сначала делаются мягкими, а затем постепенно переходят из твердого состояния в жидкое; определенной точки плавления (см. плавление) здесь отметить не удается. Также если жидкость нагревать до температуры, более высокой, чем критическая (см. критическое состояние), не позволяя ей расширяться затем продолжать нагревание, сохраняя давление неизменным, так чтобы объем взятого вещества увеличился во много раз, и, наконец, охлаждать вещество при неизменном объеме, то можно получить вещество в обычном газообразном состоянии; причем нигде в ходе процесса не произойдет того резкого изменения в свойствах вещества, которое имеет место при кипении (см.): процесс будет идти вполне непрерывно.

Под твердыми телами в физике¹⁾ обычно понимаются такие, которые стремятся сохранять как форму, присущую им от природы, так и форму, приданную им при помощи надлежащей обработки. Однако, Тамман указал, что тела, подходящие под это определение, распадаются на две группы: на группу тел кристаллических и группу тел аморфных, или «стеклянистых», причем между этими двумя категориями существует различие более глубокое, чем между аморфными твердыми телами и жидкостями. А именно, в последнем случае различие сводится главным образом к тому, что внутреннее трение (см. жидкости, XX, 291) твердых тел (а значит, и их сопротивление сдвигу) чрезвычайно велико по сравнению с значениями той же величины для жидкостей; таким образом, здесь различие имеет чисто количественный характер. Поэтому такие «твердые» тела, как стекла, смолы, с точки зрения Таммана, представляют собой не что иное, как сильно переохлажденные жидкости. С  другой стороны, кристаллические тела отличаются от аморфных тем, что у первых имеется особое характерное для них свойство, которого нет у вторых; это свойство — спайность (см. кристаллография, XXV, 594/596). Тамман дал следующую таблицу физических состояний, в которых могут находиться тела, и тех характеристических свойств, которые присущи двум основным классам данной группировки — телам изотропным и анизотропным:

¹⁾ Механика в своих рассуждениях нередко пользуется отвлеченным понятием абсолютно твердого тела (иначе — «неизменяемой системы»): это — такое тело, точки которого находятся на неизменных расстояниях друг от друга, несмотря на то, что к телу могут быть приложены силы; в природе не существует абсолютно-твердых тел.

²⁾ О соответствующем явлении полиморфизма см. кристаллография, XXV, 613/614.

Схемой Таммана не охватываются т. н. жидкие кристаллы (см. кристаллы, XXV, 619). По мнению некоторых ученых, в этих телах молекулы расположены с известной степенью правильности, но они не образуют присущей истинному кристаллу пространственной решетки. По мнению самого Таммана, жидкие кристаллы представляют собой не однородные тела, а смеси изотропной жидкости с анизотропными тельцами. Вообще, реальные тела могут представлять большую степень сложности и разнообразия по своему строению и своим свойствам, что предусматривается как традиционной схемой, так и схемой Таммана. Например: все металлы в твердом состоянии представляют собой совокупность мелких кристалликов; внутри каждого кристалла господствует полная правильность расположения частиц, но самые кристаллики расположены беспорядочно. Чем мельче, кристаллики, тем ближе тела к аморфному состоянию. Только исследование посредством рентгеновых лучей (см. кристаллическая структура, XXV, 589, кристаллография, XXV, 612) показало, что многие тела, считавшиеся аморфными (например, сажа), на самом деле состоят из совершенно правильных кристалликов. Об отдельных свойствах твердых тел, кроме вышеуказанных статей, относящихся к кристаллам, см, еще деформация, сопротивление материалов, твердость, упругость,

В противоположность телам твердым,  жидкости (см.) и газы (см.) не имеют собственной формы, а объем данной массы их, особенно газов, зависит заметным образом от внешних условий (температуры и давления). Зависимость, эта выражается т. н. уравнением состояния. Представим себе однородное жидкое или газообразное тело, находящееся в равновесии под действием равномерного гидростатического давления; внешние силы пусть отсутствуют или же будут так малы, что ими можно пренебречь. Температура пусть будет одинакова во всех точках тела. В таком случае определенным значениям температуры и давления (при определенном агрегатном состоянии) будет соответствовать также совершенно определенное значение объема (или плотности) тела. Иными словами, существует соотношение f(T, p, v) = 0, где T — (абсолютная) температура тел, р — давление, под которым оно находится, v — объем его и f — знак некоторой совершенно определенной функции, содержащей некоторые постоянные величины, зависящие от природы тел, от его массы и от единиц измерения. Обычно под v понимают «удельный объем», т. е. объем единицы массы; тогда масса тела уже не входит в соотношение. Подобное соотношение называется уравнением состояния, или характеристическим уравнением. Знание уравнения состояния, т. е. знание вида функции f, является чрезвычайно важным, между прочим, для решения многих вопросов термодинамики. Большое число ученых стремилось найти функцию f; тем не  менее эти усилия до сих пор не увенчались успехом: все найденные до сих пор выражения для f являются лишь приближенными, пригодными. лишь в ограниченной области изменения независимых переменных р и v. Наиболее известными и часто применяемыми приближенными уравнениями состояния являются: 1) уравнение Клапейрона pv = RT,  2) уравнение Ван-дер-Ваальса (p + a/v²) (v-b) = RT (см. газы, XII, 313). В сущности, и то и другое уравнение относится к некоторому «идеальному» веществу, в природе не встречающемуся. Так как истинный вид функции f не удавалось найти, то Камерлинг Онэс выразил ее в виде ряда, придав уравнению состояния газов и жидкостей следующий вид: рv = RT{1+B/v+C/v²+D/v⁴+E/v⁶+F/v⁸}, где коэффициенты В, С и т. д. суть температурные функции вида B = b₁+b₂/T+b₃/T²+b₄/T⁴+b₅/T⁶. Таким образом, уравнение Онэса содержит 26 коэффициентов, определяемых из наблюдений. Были попытки установить уравнение состояния и для твердых веществ; но здесь этот вопрос не является столь настоятельным, как для газов и жидкостей, потому что объем твердых тел слабо зависит от их температуры и давления, (см. тепловое расширение). О свойствах жидких и газообразных тел см. жидкости и газы.

А. Бачинский.