Статьи и речи - Максвелл Дж.К.
Скачать (прямая ссылка):
"средней квадратичной скоростью". Это - та скорость, квадрат которой есть
средняя квадратов скоростей всех молекул.
Это и есть приведенная выше скорость, вычисленная на основании свойств
различных газов. Молекула, движущаяся со средней квадратичной скоростью,
обладает кинетической энергией, равной средней кинетической энергии всех
молекул среды. Если бы масса, равная массе всего количества газов,
двигалась с этой скоростью, она обладала бы той же кинетической энергией,
которой действительно обладает газ, но эта энергия обладала бы видимой
формой и могла бы непосредственно производить работу.
Рис. 2 Если в сосуде имеются
различного рода молекулы, причем некоторые обладают большей массой, чем
другие, то, исследуя их, мы обнаруживаем, что их скорости распределяются
так, что средняя кинетическая энергия молекулы одинакова, независимо от
того, мала ли или велика ее масса.
Пожалуй, здесь мы имеем важнейшее из всех сделанных до сих пор приложений
динамических методов в химии.
Действительно, предположим что мы имеем в сосуде два различных газа.
Конечное распределение движения молекул таково, что средняя кинетическая
энергия отдельной молекулы одинакова для обоих газов. Конечное состояние
является, как мы знаем, состоянием равных температур. Следовательно,
условие равенства температур двух газов заключается в равенстве средних
кинетических энергий единичной молекулы обоих газов.
Мы уже показали, что давление газа составляет две трети кинетической
энергии в единице объема. Следовательно, если давление и температура двух
газов одинаковы, то кинетические энергии в единице объема и кинетические
энергии, приходящиеся на каждую молекулу, так-
МО
же одинаковы. Поэтому в единице объема обоих газов должно заключаться
равное число молекул.
Этот результат совпадает с законом эквивалентных объемов, установленных
Гей-Люссаком. Однако этот закон опирался до спх пор на чисто химические
доказательства-< относительные массы молекул различных веществ выводились
из пропорций, в которых эти вещества входили в химические соединения.
Теперь это доказано на основании динамических принципов. Молекула
определяется как та маленькая частица вещества, которая движется как
целое. Это - чисто динамическое определение, не зависящее ни от каких
опытов над соединением веществ.
Плотность газообразной среды при нормальных температуре и давлении
пропорциональна определенной таким путем массе одной из своих молекул.
Мы обладаем, следовательно, верным способом определения относительных
масс молекул различных веществ в их газообразном состоянии. Этому методу
можно поверить больше, чем методу, основанному на электролизе или на
удельной теплоте, потому что наши сведения об условиях движения более
полны, чем наши сведения об электролизе или о внутреннем движении
образующих молекулы составных частей.
Я должен сказать теперь несколько слов об этих внутренних движениях,
потому что наибольшие затруднения, возникающие до сих пор в кинетической
теории газов, лежат как раз в этой области.
До сих пор мы рассматривали только движение центра массы молекулы. Теперь
мы должны рассматривать движение составляющих молекулу частей
относительно центра массы.
Если предположить, что составляющие молекулу части суть атомы и что
каждый атом есть так называемая материальная точка, то каждый атом может
двигаться в трех различных и независимых друг от друга направлениях,
соответствующих трем измерениям пространства, так что число переменных,
необходимых для определения положения и конфигурации всех атомов
молекулы, в три раза больше числа ее атомов.
Однако для математического исследования нет необходимости предполагать,
что молекулы состоят из атомов. Предполагается только то, что положение и
конфигурация молекул могут быть полностью выражены при помощи не-
111
которого числа переменных. Обозначим это число через п.
Три из этих переменных необходимы для определения положения центра массы
молекулы, а остальные п - 3 необходимы для определения ее конфигурации
относительно центра массы.
Каждой из этих п переменных соответствует разного рода движение.
Поступательное движение центра массы имеет три компоненты.
Движение частей молекулы относительно центра массы имеет п - 3
компоненты.
Можно рассматривать кинетическую энергию молекулы как состоящую из двух
частей - энергии массы молекулы, представляемой сосредоточенной в ее
центре массой, и энергии движения частей молекулы относительно ее центра
массы. Первая называется энергиехт поступательного движения, вторая -
энергией вращения и колебания. Сумма их и е*сть общая энергия движения
молекулы.
Давление газа зависит, как мы видим, только от энергии поступательного
движения. Удельная теплота зависит от пропорции, в которшх растет при
повышении температуры общая энергия, кинетическая и потенциальная.
Клаузиус давно уже указал, что, зная из опыта отношение удельной теплоты
при постоянном объеме к удельной теплоте при постоянном давлении, можно
