80. Mechanische Gastheorie.

Man hat, um sich die Eigenschaften der luftförmigen Körper zu erklären,

folgende Annahme (Hypothese) über den luftförmigen Aggregatszustand

gemacht. Die Moleküle der festen und flüssigen Körper liegen ruhig

nebeneinander; zwar machen sie schwingende, hin- und hergehende aber

keine fortschreitende Bewegungen. #Die Moleküle der gasförmigen Körper

besitzen eine fortschreitende Bewegung von großer Geschwindigkeit.# Da

aber gewöhnlich, z. B. in der gewöhnlichen Luft, die Moleküle sehr dicht

beisammen liegen (ca. 1 Trillion in einem _cmm_, 1 000 000 neben

einander auf der Länge eines _mm_), so kann keines seinen Weg

unbehindert, geradlinig fortsetzen, sondern sehr oft treffen sie auf

einander und prallen dann von einander zurück wie elastische Kugeln

(Billardbälle), ohne etwas von ihrer Geschwindigkeit zu verlieren.

Trifft ein Molekül auf einen festen oder flüssigen Körper, so prallt es

von diesem ab wie ein Ball von der Wand. Auf dieser Annahme beruht

folgende Theorie (Anschauungsweise) der Gase, welche man eine

mechanische nennt, weil sich alle Erscheinungen erklären lassen bloß

mittels mechanischer Eigenschaften (Bewegung, Elastizität etc.) der

Moleküle.

1) ^Die Gase haben das Bestreben, sich auszudehnen^. Wenn ein Gas in

einem Gefäße mit einem luftleeren Gefäße verbunden wird, so setzen die

Gasmoleküle ihre Bewegung ungehindert fort, kommen so in das zweite

Gefäß und füllen es an.

2) ^Die Gase üben einen Druck auf die Gefäßwände aus, der ihrer Dichte

proportional ist^.

Jedes einzelne Molekül, das gegen die Wand stößt, übt einen kleinen

Druck aus, und da beständig eine sehr große Anzahl von Molekülen in

rascher Aufeinanderfolge auf die Gefäßwand trifft, so bewirken diese

ungemein vielen Schläge einen gleichbleibenden, kontinuierlichen Druck

auf die Gefäßwand.

Macht man die Dichte des Gases etwa 2 mal größer, so treffen in

derselben Zeit 2 mal mehr Moleküle die Gefäßwand; also ist auch ihr

Druck 2 mal größer.

3) ^Ein Gas verbreitet sich gleichmäßig über den Raum, in dem es

enthalten ist^.

Ist das Gas ungleichmäßig verteilt, so daß von einer gewissen Stelle aus

nach links die Moleküle dichter sind als nach rechts, so wird diese

Stelle von links her von mehr Molekülen getroffen als von rechts, also

von links mehr gedrückt, als von rechts; deshalb bewegen sich die an

dieser Stelle befindlichen Moleküle von links nach rechts. Gleichgewicht

zwischen den Teilen des Gases ist vorhanden, wenn jedes Molekül von

allen Seiten her von gleich vielen Molekülen getroffen wird, wenn also

die Dichte des Gases im ganzen Raume dieselbe ist. Dann ist auch die

Spannkraft überall dieselbe.

4) ^Zwei Gase mischen sich nur langsam mit einander^. Weil ja die Anzahl

der Moleküle auch in einem kleinen Raume ungemein groß ist, also die

Moleküle sich ungemein oft begegnen und von ihrer geradlinigen Bahn

ablenken, so kommen sie trotz ihrer großen Geschwindigkeit nicht

vorwärts. Schon einem Moleküle, das sich im Innern eines

Kubikmillimeters befindet, wird es deshalb schwer, eine Wand zu

erreichen. Sind in einem Gefäße zweierlei Arten von Gas getrennt, das

eine (schwerere) unten, das andere (leichtere) oben, so wird es dem

Molekül des unteren Gases nicht leicht, in den oberen Raum zu gelangen,

weil es hiebei beständig von den Molekülen des oberen Gases gestoßen und

so von seiner geradlinigen Bahn abgelenkt wird, und umgekehrt.

Gleichwohl mischen sich die Gase bei genügend langer Zeit sogar entgegen

dem Gesetze der Schwere. Daß zwei Gase von verschiedenem spezifischem

Gewicht doch denselben Druck hervorbringen, erklärt sich folgendermaßen.

Sauerstoff und Wasserstoff, deren sp. G. sich wie 16:1 verhalten, üben

beide denselben Druck aus. Nach dem Gesetz von Avogadro befinden sich in

jedem Liter bei demselben Drucke und derselben Temperatur (etwa 0°)

gleich viel Gasmoleküle. Da nun das Liter Sauerstoff 16 mal mehr wiegt

als das Liter Wasserstoff, so folgt, daß jedes Molekül Sauerstoff 16 mal

mehr wiegt als ein Molekül Wasserstoff. Hätten nun beide Gasmoleküle

dieselbe Geschwindigkeit, so würden beide gleich oft an die Wände

anprallen. Der Druck des Sauerstoffes wäre 16 mal größer als der des

Wasserstoffes. Da aber beide denselben Druck ausüben, so nimmt man an,

daß die Wasserstoffmoleküle eine größere Geschwindigkeit besitzen und

deshalb 1) öfter gegen die Fläche treffen, 2) wegen der größeren

Geschwindigkeit auch mit größerer Wucht gegen die Fläche treffen. So

ersetzen sie das, was ihnen an Masse abgeht, durch größere

Geschwindigkeit, öfteres und stärkeres Anschlagen. #Ein

Sauerstoffmolekül hat bei 0° eine Geschwindigkeit von 461 _m_,

Stickstoff 492 _m_, Wasserstoff 1844 _m_.#

Wenn ein Gas erwärmt wird im geschlossenen Gefäß, so behält es sein

Volumen und bekommt eine größere Spannkraft; befindet es sich im offenen

Gefäß, so bekommt es ein größeres Volumen und behält dieselbe

Spannkraft. Beides erklärt man dadurch, daß #durch die Erwärmung die

Geschwindigkeit der Gasmoleküle größer wird#. Im geschlossenen Raum

schlagen nun die Moleküle öfter und mit größerer Wucht gegen die Wände

und bringen dadurch den größeren Druck hervor. Im offenen Gefäß dehnt

sich das Gas aus, ist aber nun doch imstande, denselben Druck auszuüben

wie vorher; denn es ist zwar dünner geworden, es befinden sich also vor

einer Fläche (_qcm_) nicht mehr so viele Moleküle; aber diese haben

dafür eine größere Geschwindigkeit und schlagen öfter und mit größerer

Wucht gegen die Wand. Was ihnen also an Zahl (Dichte) abgeht, ersetzen

sie nun durch größere Geschwindigkeit und bringen so denselben Druck

wieder hervor.

Kühlt man ein Gas immer mehr ab, so nimmt auch die Geschwindigkeit der

Moleküle immer mehr ab. Da das Gas bei -274° keine Expansionskraft mehr

hat, so schließt man, daß #die Moleküle bei -274° keine Geschwindigkeit

mehr haben#. Man nennt deshalb diese Temperatur von -274° #den absoluten

Nullpunkt der Temperatur#.[6]

[6] Man bemerke jedoch, daß die mechanische Gastheorie, obwohl sie

eine einfache und leichtverständliche Erklärung sämtlicher

Eigenschaften der Gase liefert, doch nur den Wert einer Theorie

(Anschauungsweise) hat, weil sie auf der nicht bewiesenen Hypothese

(Annahme) der fortschreitenden Bewegung der Moleküle beruht.

Fünfter Abschnitt.

Magnetismus.

Lehrbuch der Physik zum Schulgebrauche. · 第 84 / 340 题