Статьи и речи - Максвелл Дж.К.
Скачать (прямая ссылка):
Наше определение молекулы чисто динамическое. Молекула есть небольшая
часть вещества, движущаяся, как нечто целое, так что ее части, если
только у нее есть части, не отделяются одна от другой во время теплового
движения газа. Выводы кинетической теории должны, следовательно, показать
нам, каковы относительные массы молекул, рассматриваемых как движущиеся
тела. Согласие этих выводов с дедукциями химиков из явлений соединения
значительно усиливает свидетельства в пользу действительного
существования и движения молекул газа.
Другое подтверждение теории молекул выводится из опытов Дюлонга и Пти над
удельной теплотой газов, откуда они вывели носящий их имя закон,
утверждающий, что удельные теплоемкости равных весов газов обратно
пропорциональны их атомным весам или, другими словами, что теплоемкости
химических эквивалентов различных газов равны. Мы видели, что температура
определяется кинетической энергией движения каждой молекулы. Молекула
обладает также определенным количеством энергии внутреннего движения,
вращательного либо колебательного, но гипотеза Клаузиуса, что среднее
значение
134
внутренней энергии всегда находится в постоянной для каждого газа
пропорции к энергии движения, кажется в высшей степени вероятной и
согласной с опытом. Полная кинетическая энергия, следовательно, равна
энергии движения, помноженной па некоторый множитель. Таким образом,
энергия, сообщенная газу нагреванием его, распределяется в известной
пропорции между энергией поступательного движения и энергией внутреннего
движения каждой молекулы. При данном повышении температуры энергия
движения, скажем миллиона молекул, увеличится на одно и то же количество,
каков бы ни был газ. Теплота, израсходованная на повышение температуры,
измеряется увеличением всей кинетической энергии. Следовательно,
отношение теплоемкостей равного числа молекул различных газов равно
отношению множителей, на которые нужно помножить энергию движения, чтобы
получить полную энергию. Так как этот множитель оказывается
приблизительно одинаковым для всех газов той же самой атомности, то закон
Дюлонга и Пти верен для всех таких газов.
Другой результат этого исследования имеет большое значение по отношению к
некоторым теориям *, допускающим существование эфиров или разреженных
сред, состоящих из молекул, гораздо более мелких, нежели молекулы
обыкновенных газов. Согласно с нашим выводом, такая среда - не что иное,
как газ. Если допустить, что молекулы так малы, что они могут проникать в
промежутки между молекулами твердых веществ, как, например, стекло, то
так называемая пустота была бы наполнена этим разреженным газом при
наблюдаемой температуре и при любом давлении, каково бы оно ни было,
эфирной среды в пространстве. Следовательно, удельная теплота среды в так
называемой пустоте будет равна удельной теплоте того же объема некоторого
другого газа при той же температуре и давлении. Но цель допущения этого
молекулярного эфира в этих теориях та, чтобы ои действовал на тела своим
давлением, и с этой целью допускают, что это давление вообще весьма
велико. Следовательно, согласно этим теориям, мы долишы прийти к
заключению, что удельная теплота так называемого вакуума весьма
значительна в сравнении с удельной теплотой количества воздуха,
наполняющего то же самое пространство.
* См.: Gustaw Hanscmann. Die Atome und ibro Bewegungen.
1871.
135
Теперь мы уже значительно ближе подошли к полной молекулярной теории
газов. Мы знаем среднюю скорость молекул каждого газа в метрах в секунду
и знаем относительные массы молекул различных газов. Мы знаем также, что
молекулы одного и того же газа все имеют одинаковую массу. Если бы это
было не так, то посредством метода диализа, каким пользовался, например,
Грэхем, мы могли бы отделить молекулы, обладающие меньшей массой, от
молекул с большей массой, так как они проходили бы через пористые
вещества с большей скоростью. Таким образом мы могли бы любой газ, скажем
водород, разделить на две части, различающиеся плотностями и другими
физическими свойствами, различающиеся атомными весами, и вероятно, и
другими химическими свойствами. Но так как до сих пор ни одному химику
еще не удалось получить образчик водорода, отличающийся в этом отношении
от других образчиков, то мы и заключаем, что все молекулы водорода имеют
в значительной степени почти одинаковую массу, а не только, что их
'средняя масса есть статистическое постоянное, обладающее значительной
устойчивостью.
Но до сих пор мы еще не рассматривали явлений, которые позволили бы нам
сделать оценку действительной массы и размеров молекулы. Клаузиусу мы
обязаны первыми определенными представлениями о свободном пути молекулы и
о среднем расстоянии, проходимом молекулой от одной встречи до другой. Мы
видели, что число столкновений молекулы в данное время пропорционально
скорости, числу молекул в единице объема и квадрату расстояния между
центрами двух молекул, когда они, действуя одна на другую, сталкиваются.
