Статьи и речи - Максвелл Дж.К.
Скачать (прямая ссылка):
Отсюда следует, что если расстояние центров назвать диаметром молекулы,
а, объем шара, имеющего этот диаметр, объемом молекулы и сумму объемов
всех молекул - молекулярным объемом газа, то диаметр молекулы будет
выражаться некоторым кратным количества, получаемого уменьшением
свободного пути в отношении молекулярного объема к полному объему газа.
Численное значение этого кратного немного изменяется сообразно тому,
какую гипотезу мы принимаем относительно закона распределения скоростей.
Оно зависит также от определения столкновения. Если рассматривать
молекулы как упругие сферы, то мы знаем, что подразумевается под их
встречей, но если они действуют друг на друга на расстоянии с
притягательной или отталкива-
136
тельной силой конечной величины, то расстояние между центрами во время
встречи будет изменяться и уже не представит собой определенного
количества. Тем не менее вышеприведенное положение Клаузиуса - если мы
знаем длину среднего пути и молекулярный объем газа - дает нам
возможность сделать довольно точную оценку диаметра сферы напряженного
действия молекулы, а следовательно, и числа молекул в единице объема и
действительной массы каждой молекулы. Чтобы закончить исследование, нам
нужно поэтому определить средний путь и молекулярный объем. Первая
численная оценка среднего пути молекулы газа была сделана автором этой
статьи на основании данных, вытекающих из исследований внутреннего трения
воздуха. Три явления зависят от длины свободного пути молекул газа.
Очевидно, что чем больше свободный путь, тем быстрее молекула будет
двигаться из одной части среды в другую, потому что направление ее
движения не будет так часто изменяться встречами с другими молекулами.
Если в различных частях среды будут находиться молекулы разного рода, то
их движение из одной части среды в другую можно легко проследить,
анализируя части среды, взятые из различных мест. Быстрота диффузии,
найденная таким образом, дает один метод для оценки длины свободного пути
молекулы. Этого рода диффузия происходит не только между молекулами
различных газов, но п между молекулами одного и того же газа, только в
последнем случае результатов диффузии нельзя проследить анализом. Но
диффундирующие молекулы несут с собой на протяжении свободных путей 'свое
количество движения и энергию, которыми они обладают в данный момент.
Диффузия количества движения стремится уравнять видимое движение
различных частей среды и составляет явление, называемое внутренним
трением или вязкостью газа. Диффузия энергии стремится уравнять
температуру различных частей 'среды и составляет явление теплопроводности
газов.
Эти три явления - диффузия материи, движения и теплоты в газах - были
исследованы экспериментально: диффузия материи - Грэхемом и Лошмидтом,
диффузия движения - Оскаром Мейером и Клерком Максвеллом, а диффузия
теплоты - Стефаном.
Эти троякого рода опыты дают результаты, которые при настоящем
несовершенном состоянии теории и при
137
крайней трудности самых опытов, особенно с теплопроводностью, можно
сказать, еще довольно сносно согласуются друг с другом.
При атмосферном давлении и при температуре таяния льда средний путь
молекулы водорода составляет около одной десятитысячной миллиметра,или
около '/s длины волны зеленого света. Средние пути молекул других газов
короче.
Определение молекулярного объема газа пока еще весьма неточно. Самый
лучший способ - это сжатие газа до жидкого состояния. Ввиду большого
сопротивления жидкостей сжиманию кажется вероятным, что их молекулы
находятся почти на таких одна от другой расстояниях, на каких две
молекулы того же вещества в газообразной форме действуют друг на друга во
время встречи. Если это так, то молекулярный объем газа несколько меньше
объема жидкости, в которую он сгущается под давлением, или, другими
словами, плотность молекул несколько больше плотности жидкости.
Нам известны относительные веса различных молекул с большой точностью, а
зная средние пути, мы можем приблизительно вычислить их сравнительные
диаметры. Отсюда можно вывести относительные плотности различного рода
молекул. Вычисленные таким образом относительные плотности Лоренц Мейер
сравнивал с наблюденными плотностями жидкостей, в которые эти газы
сгущаются, и нашел между ними замечательное соответствие. Однако что
касается соотношения между молекулами жидкости и молекулами ее пара, то
на этот счет существует большое сомнение, так что пока не будет сделано
большее число сравнений, до тех пор слишком полагаться на вычисленные
плотности молекул нельзя. Другой и, может быть, более тонкий метод принят
ван-дер-Ваальсом, который выводит молекулярный объем из отклонений
давления от закона Бойля при сжатии газа.
Первое численное определение диаметра молекулы было сделано Лошмидтом в
1865 г. на основании средних путей и молекулярного объема. Независимо от
него и от других, Стони в 1868 г. и сэр В. Томсон в 1870 г. обнародовали
