Вопрос о теплоемкости по гимназическим воспоминаниям представляется обыкновенно чем-то очень скучным, ни к чему ненужным и стоящим особняком от других вопросов естествознания. При слове «теплоемкость» вспоминается по большей части калориметр Реньо, длинная и «трудная» формула, в лучшем случае малопонятный закон Дюлонга и Пти, который как-то применяется в химии, — и только. А между тем этот вопрос занимает в современной, не школьной физике одно из главных мест, является предметом крайне интересных, пожалуй, захватывающе интересных исследований и стоит в непосредственной связи с другими кардинальными вопросами науки о веществе. Выяснить, хотя бы отчасти, значение этого вопроса и показать, как он переплетается с другими областями естествознания, — составляет цель предлагаемой статьи.

Что такое теплоемкость? В практической физике это — количество тепла, которое нужно сообщить одному грамму вещества, чтобы нагреть его на 1°С. Понятно, что такое определение является чисто формальным, и, чтобы сделать его определением по существу, нам нужно глубже заглянуть в сущность понятия «количество тепла» и процесса теплопередачи.

В настоящее время является общепринятой так называемая молекулярно-кинетическая теория теплоты. Согласно этой теории, тепловые явления являются результатом беспрерывных, совершенно беспорядочных движений молекул. Скорость каждой отдельной молекулы постоянно изменяется вследствие столкновений ее с другими молекулами; изменения эти настолько быстры, что следить за ними, конечно, невозможно. Поэтому механическое состояние подобной системы характеризуется распределением скоростей. Мы указываем, сколько молекул имеют данную скорость v, сколько — скорость v1, v2 и т.д. Мы разделяем, следовательно, весь промежуток возможных скоростей на «области» и указываем число молекул, соответствующих данной области. Изменяя скорость, молекула выходит из своей «области v» и вступает в другую «область vt»; но в то же время какая-нибудь другая выходит из «области v2» и входит в «область v» и т.д. Меняется, так сказать, личный состав, но не число молекул, принадлежащих данной области, и распределение скоростей остается постоянным.

Такой случайный характер этих изменений позволяет пользоваться теорией вероятностей и заранее вычислить распределение скоростей, что и было сделано впервые Максвеллом. Откладывая по горизонтальному направлению величину скорости, а по вертикальному — число молекул, обладающих данной скоростью, мы получим кривую распределения Максвелла. Из нее видно, что большая часть молекул обладает некоторой скоростью v0. Если бы мы могли по произволу взять какую-либо молекулу и измерить ее скорость, то всего вероятнее мы попали бы на молекулу, обладающую именно этой скоростью v0, которая поэтому и называется наивероятнейшей. Как очень большая, так и очень малые скорости встречаются редко, на что указывает приближение к нулю соответствующих ординат кривой.

Добавить комментарий