ГЛАВА I. Газы и жидкости

§ 1. Молекулярная структура газов и жидкостей

Еще в античные времена многие философы пытались решить проблему строения материи. В этой связи следует упомянуть Левкиппа и его ученика Демокрита (460-370 гг. до н. э.) как основателей атомистической философии — атомистической теории материи. Они предполагали, что вся материя состоит из тождественных неделимых частиц, распределенных в пустом пространстве. Различные свойства материи, ткие, как жидкое и газообразное состояния, подвижность, жесткость, вес и т. д., объяснялись допущением, что неделимые частицы — «атомы» — могут совершать различные движения и занимать всевозможные положения друг относительно друга. В древности эти идеи не были разработаны в деталях и до средних веков оставались лишь предметом философских обсуждений.

После Возрождения к идеям Демокрита вновь вернулся Гассенди, примерно в то самое время, когда Бойль (1627-1691 гг.) осуществил свои известные опыты по сжимаемости газов (1660 г.). Бойль также пытался объяснить свойства газов на основе представления о мельчайших составляющих их частицах, которые он, следуя Гассенди, назвал «молекулами» и которые значительно отличались от атомов, введенных древними греками. Однако не было единства мнений относительно природы, размеров и других свойств этих молекул.

Д. Бернулли (1700-1782 гг.) первый дал на основе гипотезы молекулярного строения материи теоретическое объяснение законов, установленных Бойлем. Эта работа Бернулли имеет существенное значение по двум соображениям. Во-первых, давление газа было выражено через число столкновений молекул со стенкой более чем

за сто лет до того, как Клаузиус (1822-1888 гг.) разработал свою кинетическую теорию газов (1857 г.). Во-вторых, из роста постоянной Бойля при повышении температуры Бернулли сделал вывод, что скорости молекул увеличиваются с повышением температуры. Это тем более примечательно, что толкование теплоты как кинетической энергии молекул в то время еще отвергалось большинством ученых; прошло немало времени, пока эта- интерпретация теплоты была признана после того, как она была подтверждена экспериментами Румфорда, Дэви и Джоуля. В последующие сто лет кинетическая теория газов была развита дальше Клаузиусом (1857 г,), Максвеллом (1860 г.) и Больцманом (1868 г.), придавшими ей ту форму, которая сохранилась до наших дней

Тепловое движение молекул наиболее очевидно проявляется в стремлении газа к расширению. Давление газа является следствием многочисленных ударов молекул о стенку. При повышении температуры газа скорости молекул делаются больше, их удары более сильными, что и приводит к увеличению давления газа. Молекулы будут, конечно, сталкиваться и друг с другом, в результате чего их движение будет многократно отклоняться от прямолинейного. Если молекулы взаимодействуют друг с другом, то они будут отклоняться не только при прямом столкновении, но также и проходя на не слишком больших расстояниях друг от друга. Можно полагать, что эти столкновения и силы взаимодействия между молекулами оказывают некоторое влияние на давление, действующее на стенку. Однако если все более и более разрежать газ, то влияние столкновений на давление будет уменьшаться; при низких давлениях поведение нашего газа приближается к поведению гипотетического «идеального газа», для которого влиянием столкновений и межмолекулярных сил можно пренебречь. Если разрежать реальный газ, его свойства будут приближаться к свойствам идеального газа, поэтому мы начнем с изучения свойств

идеального газа (§ 2). Отклонения поведения молекул от этой идеальной схемы, вызванные межмолекулярными силами, будут рассмотрены в § 5.