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.