Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 24

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 24)

Эти же уравнения связывают давление, плотность и температуру, когда газ находится в сосуде, непроницаемом для теплоты, или, в част" ности, когда сжатие газа вызвано явлением звука, если предположить, что вследствие быстротьь процесса потеря теплоты практически сведена к нулюь 'ей Что касается вида функции Ф (а), то здесь Пуассон замечает, что для ее определения «необходима новая гипотезаз. В этом же сочинении Пуассон выводит и дифференциальное уравнение для процесса распространения звука в упругой среде. В рассмотренном выводе Пуассон, конечно, также не избежал той трудности, которую он интуитивно чувствовал в предыдущей работе, поскольку и здесь он основывался на теории теплорода. Допуская справедливость условия (П1.2), что казалось вполне естественным в соответствии с теорией теплорода, он тем самым фактически рассматривал количество теплоты как функц!по состояния системы.

Таким образом, в скрытой форме трудность была перенесена с одного допущения (в первом выводе) на другое (во втором выводе). Надо сказать, что теория, развитая Лапласом и Пуассоном, встретила много возражений со стороны физиков, как только они стали знакомиться с ней по первым публикациям. Неточные значения основных физических констант — плотности воздуха и ртути, ускорения силы тяжести, а также разнобой в значениях отношения теплоемкостей ср/си, полученных разными авторами,— все это приводило к тому, что теоретическое значение скорости звука, вычисленное по формуле Лапласа — Пуассона, все же значительно отклонялось от его опытного значения"'.

Газовые законы и молекулярно-кинетическая теория В каком отношении находилась корпускулярная гипотеза теплоты со всеми теми открытиями в области газового состояния вещества, которые были рассмотрены выше? Если просмотреть работы физиков, которые писали о свойствах газов в связи с тепловыми явлениями, то ни в одной из этих работ мы не встретим даже попыток как-то объяснить наблюдавшиеся явления с точки зрения корпускулярной гипотезы.

В тепловых эффектах, возникающих при изменении объема газа, видели наглядное экспериментальное подтверждение основных положений теории тепло- рода, тем более что теория Лапласа — Пуассона, исходящая из основного принципа этой теории о неуничтожимости теплорода, приводила к соотношениям, хорошо объяснявшим весь круг явлений и удовлетворительно совпадавшим с данными опыта. Таким образом, все укладывалось в логическую схему вещественной теории теплоты, и в этом отношении физики 20-х годов Х1Х в.в подавляющем большинстве не были подвержены сомнениям.

"' Аппа1ез де сыппе е1 бе рйуз!цпе, 1823, !. 23, р. 340. 'ь' В 1822 г. Лаплас, используя новейшие данные о теплоемкостях воздуха, вычислил по своей формуле скорость звука и нашел, что она равна 340,9 м/с. Смл Ь ар!а се Р. Япг 1а чпеззе дп зоп. Аппа!ез де скцш!е е! де роуз!цпе, 1822, !. ХХ, р. 266.

Однако независимо от сложившейся ситуации в области корпускулярной гипотезы в рассматриваемый период были получены весьма существенные результаты, все значение которых в полной мере было понято лишь в дальнейшем. После объяснения Д. Бернулли и Ломоносовым на основе корпускулярной гипотезы закона Бойля — Мариотта следующий шаг был сделан в начале Х1Х в.

Он опять связан с именами Дальтона и Гей-Люссака и примыкает к ранее рассмотренным работам этих выдающихся исследователей. Прежде всего остановимся на взглядах Дальтона относительно физической структуры газа (по его терминологии, упругого флюида) и на объяснении им явления диффузии, незадолго перед этим открытого Вольта (1796), а также следствиях, вытекающих из этого объяснения. Согласно Дальтону, упругие «флюиды построены иэ частиц, обладающих далеко распространяющейся атмосферой тепла, причем емкость, или объем, атмосферы часто в одну или две тысячи раэ превышает объем частицы в жидком или твердом состоянии...

Когда два (или более) упругих флюида, частицы которых при смешивании не соединяются химически, приводятся е соприкосновение, причем каждого взято по одному объему, они занимают пространство обоих объемов, равномерно распределяются друг в друге и остаются в таком состоянии, каковы бы ни были их удельные веса.,» (18, с. 44 — 46).

К этому выводу Дальтон пришел на основании своих опытов с различными газами, которые он проводил в период 1801— 1803 ггл две герметически закрытые колбы, содержавшие различные газы, соединялись между собой трубкой и устанавливались вертикально одна над другой. При этом в нижней колбе находился более тяжелый газ, в верхней — более легкий. Опыт проводился в течение нескольких часов, после чего исследовалось содержимое обеих колб. «Опыты эти,— заключает Дальтон,— вполне убеждают меня в том, что два упругих флюида, приведенные в соприкосновение, неизменно смешиваются между собой даже в том случае, когда какие-либо движения внутри них тщательно устранены...

Они доказывают, на мой взгляд, тот замечательный факт, что более легкий упругой флюид не может оставаться отдельно над флюидом, более тяжелым,. но что оба они постоянно стремятся проникнуть друг в друга... причем удельный вес их не оказывает другого влияния, кроме замедления или ускорения процесса» (!6, с. 67). Исследования диффузии привели Дальтона к открытию закона, носяшегоего имя,— к закону независимости да аленен и я в газовых смесях. «Когда любьье два, или более, смешанных газа достигают равновесия, упругое действие каждого из них на стенку сосуда или на какую-либо жидкость в точности таково, как если бы при этом присутствовал только один этот газ, занимая весь объем, а все другие газы были бы удаленьс» 118, с. 67).

Этот закон Дальтон считал очень важным для понимания многих явлений, происходящих в газах. Свой закон Дальтон распространил на смесь газа с паром, доказав независимость давления водяного пара в воздухе и в пустоте. 92 Закон Дальтона встретил многочисленные возражения со стороны последователей химической теории растворения, полагавших, что этот закон не может иметь места, поскольку вследствие взаимного сродства газов они растворяются друг в друге. Однако, несмотря на это, Био уже вскоре включил закон Дальтона, как неоспоримый опытный факт, в свой курс физики.

Развиваемая Дальтоном физическая атомистика была призвана объяснить свойства и физические процессы, происходящие в газах под действием теплоты и в результате явления диффузии. Опираясь в своих исходных посылках на механистическую атомистику Ньютона и Бойля, Дальтон, однако, взял лишь их основнук» идею: все явления природы обусловлены действующими между частицами силами притяжения и отталкивания. Но Ньютон оставил без ответа вопрос относительно причины отталкивающих сил, что, согласно Дальтону, весьма важно для понимания физических свойств газов. В противоположность Бойлю и другим последователям корпускулярной гипотезы теплоты, Дальтон развивает свои представления о постоянно движущихся атомах не на основе механистической концепция, а на основе представлений об особых теплородных оболочках, окружающих атомы.

Наличие этих оболочек и является причиной отталкивания. Поэтому Дальтон представлял себе газ статической моделью, лишенной внутреннего движения. Такое представление приводило к многим трудностям всей дальтоновской теории в целом. Это же представление не позволило Дальтону увидеть действительный механизм явления диффузии. Таким образом, общая методологическая концепция английского химика двойственна. С одной стороны, он выступает как последовательный метафизик, когда рассматривает природу теплоты и тепловых явлений. Теплота, согласно Дальтону, честь определенный и своеобразный флюид зш депег1з, наиболее характерная черта которого состоит в том, что его частицы отталкивают друг друга, но притягивают частицы других веи1еств» 118, с.

141. И он выступает как механист, когда рассматривает строение и свойства газа в результате действия двух противоположных сил — отталкивания и притяжения. Исследования Дальтона встретили сочувствие и поддержку у Гей-Люссака, который прямыми экспериментами подтвердил, в частности, и его закон о парциальных давлениях. В 1808 г., продолжая свои ранее начатые совместно с Гумбольдтом исследования, Гей-Люссак установил з а к о н к р а тн ы х от н о ш е н и й для химически взаимодействующих газов: газы, действуя друг на друга, соединяются по объемаж в простых отношениях, как, например, 1: 1, 1: 2 или 2: 3.

Сам Гей-Люссак„ а также химик Берцелиус и Дальтон сделали попытку истолковать этот закон на основе атомистической гипотезы, введя гипотезу, согласно которой в равных объемах газов при одинаковых условиях находится одинаковое количество частиц — атомов. Но 93 указанная атомистическая интерпретация закона Гей-Люссака столкнулась с некоторыми, противоречащими ей фактами. Так, например, сам Гей-Люссак нашел, что при соединении одного объема водорода с одним объемом хлора должен образоваться один объем хлористого водорода НС1, поскольку одна частица Н соединяется с одной частицей С1, как это следует из гипотезы Гей-Люссака — Берцелиуса.

Характеристики

Список файлов книги