Статьи и речи

На деле это — также диффузия, только иного рода — боковая диффузия количества движения; величина её может быть вычислена на основании данных, выведенных из наблюдений диффузии первого рода, диффузии вещества. Сравнительные значения вязкости различных газов были определены Грэхемом в его исследованиях о распространении газов в длинных узких трубках, а их абсолютные значения были получены из опытов над колебаниями дисков Оскаром Мейером и мною.

Другой путь, которым мы можем проследить диффузию молекул в спокойном воздухе, состоит в нагревании верхнего слоя воздуха в сосуде и в наблюдении скорости, с какой эта теплота сообщается нижним слоям. На деле это — третий род диффузии — диффузия энергии; скорость, с какой она происходит, была вычислена на основании данных, выведенных из опытов над вязкостью, прежде чем были сделаны какие-нибудь прямые опыты над теплопроводностью. Профессору Стефану в Вене удалось недавно, при помощи весьма тонкого метода, определить теплопроводность воздуха и найти, как он нам сообщил, полное согласие с значением, предсказанным теорией.

Все эти три рода диффузии — диффузия материи, количества движения и энергии — производятся движением молекул. Чем больше скорость молекул и чем дальше они уходят, прежде чем пути их будут изменены соударением с другими молекулами, тем быстрее будет совершаться диффузия. Но скорость молекул нам уже известна, а следовательно, опытами над диффузией мы можем определить, как далеко в среднем молекула пролетает, не наталкиваясь на другую. Профессор Клаузиус в Бонне, впервые давший нам точные понятия об этих движениях молекул, называет это расстояние средним свободным путём молекулы. Пользуясь опытами над диффузией профессора Лошмидта, я вычислил средний свободный путь молекул четырёх хорошо известных газов. Среднее расстояние, пробегаемое молекулой от одного столкновения до другого, дано в приведённой таблице. Это — очень маленькое расстояние, совершенно неуловимое для нас даже в лучшие микроскопы. Грубо говоря, оно составляет около ¹/₁₀ доли длины световой волны, величины, как вам известно, чрезвычайно малой. Само собой разумеется, время, употребляемое на такой малый путь столь быстролётными молекулами, весьма незначительно. Я вычислил, сколько соударений может совершиться в секунду. Числа даны в таблице (на стр. 83) и выражаются тысячами миллионов. Нет ничего удивительного, что быстрейшая молекула так медленно подвигается вперёд, если её ход совершенно изменяется тысячи миллионов раз в секунду.

Все три рода диффузии имеют место и в жидкостях, но соотношение между скоростями, с которыми они совершаются, не так просто, как в случае газов. Динамическая теория жидкостей не так хорошо изучена, как динамическая теория газов, но главное различие между газом и жидкостью состоит, по-видимому, в том, что в газе каждая молекула большую часть времени употребляет на прохождение свободного пути и только весьма малую долю времени тратит на встречи с другими молекулами, между тем как в жидкостях для молекулы свободный путь едва ли возможен и она всегда находится в состоянии тесной встречи с другими молекулами.

Таблица диффузии

Единица измерения:

(сантиметр)^2

секунда

(Знаки:Н — водород; О—кислород; СО — окись углерода; СO

₂

—углекислота)

Вычис

Наблю

ленное

денное

Н и О

0,7086

0,7214

Диффузия материи по наблюдениям Лошмидта

Н и СО

0,6519

0,6422

Н и СО

₂

0,5575

0,5558

O и СО

0,1807

0,1802

O и СО

₂

0,1427

0,1409

CO и СО

₂

0,1386

0,1403

H

1,2990

1,49

Диффузия количества движения (Грэхем и Мейер)

O

0,1884

0,213

CO

0,1748

0,212

CO

₂

0,1087

0,117

Воздух

-

0,256

Диффузия температуры по наблюдениям Стефана

Медь

-

1,077

Железо

-

0,183

Тростниковый сахар в воде

0,0000035

(Фойт)

Диффузия за день

0,3144

Соль в воде

0,00000116

(Фикк)

Следовательно, в жидкости диффузия движения от одной молекулы к другой совершается гораздо быстрее, нежели диффузия самих молекул; по той же самой причине в тесной толпе гораздо легче переслать письмо, передавая его из рук в руки, нежели поручить передачу особому посыльному, которому пришлось бы прокладывать себе путь в толпе. У меня здесь банка, нижняя часть которой содержит раствор медного купороса, в верхней же находится чистая вода. Она стояла здесь с пятницы, и вы видите, как мало синей жидкости перешло путём диффузии вверх. Скорость диффузии раствора сахара тщательно наблюдал Фойт. Сравнивая результаты его наблюдений с результатами, полученными Лошмидтом в его опытах над газами, мы находим, что столько же диффундирует газа в течение секунды, сколько диффундирует жидкости в день.

Таким образом, скорость диффузии количества движения в жидкостях меньше, чем в газах, но никоим образом не в том же отношении. Для того чтобы то же самое количество движения прекратилось в воде, нужно почти вдесятеро больше времени, чем для прекращения его в воздухе, как вы увидите это из того, что произойдёт, когда я встряхну эти банки, из которых одна содержит воду, а другая воздух. Но разница между скоростями, с какими распространяется возрастание температуры в жидкостях и в газах, ещё меньше.