De fleste ting omkring os virker ret solide. De faste objekter holder deres form, fordi de atomer og molekyler, som de består af, bliver på deres respektive pladser. Men hvordan kan de egentlig gøre det, når nu fysikerne fortæller os, at atomerne aldrig rigtig ligger stille?
Det har vores læser Jakob Blakø undret sig over. Han skriver:
»Jeg har for en stund undret mig over, hvordan atomer og molekyler i et fast stof ikke ændrer strukturen på det faste stof. For eksempel kender vi et søm for at have en spids i den ene ende og en flade i den anden ende.«
»Men som man ved, vil alle atomer/molekyler over det absolutte nulpunkt ved minus 273,15 grader celsius bevæge sig. Så hvordan kan det lade sig gøre, at jernatomerne, der bevæger sig rundt i sømmet, bibeholder sømmets struktur?«
Det kan da også virke underligt, at atomerne kan bevæge sig, men alligevel blive på plads. Så vi beder fysikprofessor Jeppe C. Dyre fra Institut for Natur, Systemer og Modeller på Roskilde Universitet om en forklaring.
Atomerne holder hinanden på plads
»Atomerne i et jernsøm sidder regelmæssigt placeret i et såkaldt krystalgitter. Men de sidder ikke stille, andet end ved det absolutte nulpunkt. De bevæger sig i ustandselige vibrationer,« fortæller Jeppe Dyre.
Jernatomerne er altså arrangeret i et fast mønster - et krystalgitter - som de forbliver i, selv om de ikke er helt i ro.
»Man kan forestille sig en kugle, som triller frem og tilbage i en lille bakkedal, helt af sig selv og uden ophold, dag ud og dag ind. Bakkedalen for et jernatom udgøres simpelthen af naboatomerne. Selvom de også selv vibrerer, er de ved deres frastødning med til at holde vores atom på plads.«
Alle atomkernerne frastøder hinanden, så de sørger for at holde en vis afstand. Men atomerne bevæger sig hele tiden, de nøjes bare med at vibrere frem og tilbage omkring faste positioner, og sømmets form bevares. Det ændrer sig dog på et tidspunkt, hvis man skruer godt op for varmen.
Høj temperatur giver smeltet jern
»Alt dette virker glimrende, når temperaturen ikke er meget høj. Men ved en temperatur på et godt stykke over 1.000 grader smelter jern. Det sker lige præcis, fordi atomerne kommer til at vibrere så meget, at de ikke længere er i stand til at holde hinanden på plads. Resultatet er en væske, som er lige så tyndtflydende som vand,« fortsætter Jeppe Dyre.
»Det, som sker, når is smelter, er i øvrigt helt analogt, selvom det jo sker ved en meget lavere temperatur.«
Atomerne eller molekylerne bevæger sig stadig hurtigere, når det bliver varmere. På et tidspunkt bliver temperaturen så høj, at de holder op med at være i faste positioner i forhold til hinanden. Ved smeltepunktet mister genstanden sin form - den bliver flydende.
Fast, flydende eller gas
I den flydende tilstand kan atomerne eller molekylerne bevæge sig frit omkring mellem hinanden, men de holder stadig sammen.
Fortsætter man opvarmningen, bliver bevægelserne så voldsomme, at atomer eller molekyler begynder at rive sig helt fri fra hinanden. Ved kogepunktet ændrer stoffet tilstandsform endnu en gang og bliver til en gas.
Så svaret til Jakob Blakø er, at han har fuldstændig ret i, at jernatomerne i et søm bevæger sig. Men så længe temperaturen holder sig under jerns smeltepunkt ved 1.538 grader celsius, så holder krystalgitteret, og sømmet bevarer sin form.
Vi sender en t-shirt som tak for det gode spørgsmål, som Jakob sendte til sv@videnskab.dk. Postkassen er åben for andre spørgsmål, der kan besvares af Danmarks dygtige forskere.
Hvis du ikke har et spørgsmål, men bare gerne vil have en t-shirt, så kan den købes i Universes webshop.
