Статьи и речи - Максвелл Дж.К.
Скачать (прямая ссылка):
легкий газ находился выше тяжелого, чтобы избежать и образования потоков.
Затем он открывал выдвижной клапан, чтобы сделать из двух трубок одну;
приблизительно через час он закрывал клапан и определял, сколько одного
газа перешло в другой.
Так как большинство газов невидимы, то, чтобы показать вам диффузию
газов, я должен взять для этого два газа, аммиак и хлористоводородную
кислоту, которые при смешивании дают твердый продукт. Аммиак, как более
легкий, помещен над хлористоводородной кислотой, с слоем воздуха между
ними; вы скоро увидите, что газы диффундируют один в другой сквозь этот
водушный слой и при смешивании образуют облачко белого дыма. Но во все
время, пока длится процесс, нельзя открыть ни потоков, ни какого-либо
видимого движения. Каждая часть сосуда кажется такой же спокойной, как
банка с неподвижным в ней воздухом.
Согласно нашей теории, и в спокойном воздухе совершается такого же рода
движение, как и в диффундирующих газах; разница только в том, что мы
легче можем обнаружить движение молекул с места на место в том случае,
когда они по природе отличны от тех, между которыми диффундируют.
78
Чтобы составить себе представление о том, что происходит с молекулами в
спокойном воздухе, лучше всего наблюдать рой пчел, где каждая отдельная
пчела бешено летает то туда, то сюда, между тем как целый рой либо
остается на месте, либо медленно плывет в воздухе.
Иногда пчелиные рои бывают способны пролетать большие расстояния, и их
хозяева, чтобы доказать свои права собственности, когда найдут их на
чужой земле, посыпают рой пригоршней муки. Положим теперь, что мука,
высыпанная в летающий рой, окрасила только тех пчел, которые находились в
это время в нижней половине роя, а на тех, которые оказались в верхней
половине, мука не попала.
Если пчелы беспорядочно летают туда и сюда, то в верхнюю часть роя будет
попадать посыпанных пчел все больше и больше, пока они не распределятся
равномерно во всех частях роя. Причина этой "диффузии" не в том, что
пчелы были отмечены мукой, но в том, что они перелетали с одного места на
другое. Отметка мукой только позволяет нам узнавать известных пчел.
У нас нет никаких средств для отметки некоторого числа молекул воздуха,
для того чтобы мы могли узнать их, когда они рассеятся между другими
молекулами, но мы можем сообщить им некоторые свойства, которые
свидетельствовали бы нам об их диффузии.
Например, если горизонтальный слой воздуха движется горизонтально, то
молекулы, распространяясь из этого слоя между молекулами, находящимися
выше и ниже его, несут с собой свое горизонтальное движение и стремятся
сообщить движение соседним слоям, между тем как молекулы, диффундирующие
из соседних слоев в движущийся слой, стремятся остановить его движение.
Это действие между слоями несколько похоже на действие двух шероховатых
поверхностей, из которых одна скользит по другой и трется о нее. Это
действие называется трением, когда оно имеет место между твердыми телами;
в случае жидкостей оно называется внутренним трением, или вязкостью.
На деле это - также диффузия, только иного рода - боковая диффузия
количества движения; величина ее может быть вычислена на основании
данных, выведенных из наблюдений диффузии первого рода, диффузии
вещества. Сравнительные значения вязкости различных газов были
79
определены Грэхемом в его исследованиях о распростри нении 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 путем
молекулы. Пользуясь опытами над диффузией профессора Лошмидта, я вычислил
средний свободный путь молекул четырех хорошо известных газов. Среднее
расстояние, пробегаемое молекулой от одного столкновения до другого, дано
