Статьи и речи

Но до сих пор мы ещё не рассматривали явлений, которые позволили бы нам сделать оценку действительной массы и размеров молекулы. Клаузиусу мы обязаны первыми определёнными 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 объёма и квадрату расстояния между центрами двух молекул, когда они, действуя одна на другую, сталкиваются. Отсюда следует, что если расстояние центров назвать диаметром молекулы, а, объём шара, имеющего этот диаметр, объёмом молекулы и сумму объёмов всех молекул — молекулярным объёмом газа, то диаметр молекулы будет выражаться некоторым кратным количества, получаемого уменьшением свободного пути в отношении молекулярного объёма к полному объёму 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 отталкивательной силой конечной величины, то расстояние между центрами во время встречи будет изменяться и уже не представит собой определённого количества. Тем не менее вышеприведённое положение Клаузиуса — если мы знаем длину среднего пути и молекулярный объём газа — даёт нам возможность сделать довольно точную оценку диаметра сферы напряжённого действия молекулы, а следовательно, и числа молекул в единице объёма и действительной массы каждой молекулы. Чтобы закончить исследование, нам нужно поэтому определить средний путь и молекулярный объём. 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 её движения не будет так часто изменяться встречами с другими молекулами. Если в различных частях среды будут находиться молекулы разного рода, то их движение ил одной части среды в другую можно легко проследить, анализируя части среды, взятые из различных мест. Быстрота диффузии, найденная таким образом, даёт один метод для оценки длины свободного пути молекулы. Этого рода диффузия происходит не только между молекулами различных газов, но и 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 'своё 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 крайней трудности самых опытов, особенно с теплопроводностью, можно сказать, ещё 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 ¹/₅ длины волны зеленого света. Средние пути молекул других газов короче.

Определение молекулярного объёма газа пока ещё 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 объём газа несколько меньше объёма жидкости, в которую он сгущается под давлением, или, другими словами, плотность молекул несколько больше плотности жидкости.