气体也是由原子构成的吗
19世纪的科学家们在原子是否存在的问题上无法达成一致(参考阅读:道尔顿原子理论,第142页),但这并没有阻止其中一部分科学家通过假设原子存在来解释物质的表现。气体动理论就确切地假设了原子的存在。
现代气体动理论可以说是从18世纪30年代的丹尼尔·伯努利开始的。在科学界开始探索气体体积和它的压力及温度之间的关系后,伯努利在此问题上研究了数十年。罗伯特·波义耳曾提出,要理解它们之间的关系,可以想象气体由极小的微粒构成,这些微粒就像弹簧一样互相排斥。许多人认为如果真的由微粒构成,这些微粒也几乎不会移动,而只是从远处排斥着彼此。
伯努利对此假设产生了怀疑,他提出,气体中的微粒一直处在快速的运动当中,并且这些微粒持续撞击着容纳气体的容器壁——这为压力提供了一个动力学解释。但它并没有被广泛接受。
19世纪后半叶,学界对能量本质的共识发生了变化,伯努利理论的命运才得以改变(参考阅读:热力学第一定律,第128页)。以詹姆斯·克拉克·麦克斯韦和路德维希·玻尔兹曼为首的物理学家们开始认真对待气体动理论,他们随后从数学和统计的角度探索了气体中那些极其微小又独立运动着的微粒是怎样移动和撞击彼此,从而重新分配了热量的。研究证明,通过假设气体由小到难以想象的高速运动的原子或分子构成,确实可以解释气体的表现。
即便如此,持有怀疑态度的人很快指出了气体动理论的缺陷:它并没有证明原子的存在。(www.daowen.com)
将气体动理论中的微粒想象成做爆米花的平底锅中正在爆开的玉米粒。如果平底锅容量非常大,那么在任何时候可能只会有一两颗玉米粒会在爆开的时候弹到锅盖上,并且锅盖也会纹丝不动。然而,如果平底锅的容量非常小,但仍然需要爆同样多的爆米花,那么就会有很多玉米粒在爆开的时候同时弹向锅盖。这些爆米花“微粒”所产生的“压力”会比之前大很多,锅盖也许就会因为这些撞击而移位,甚至掉到地上。
参考阅读//
No. 61 波义耳定律,第126页
流体的表现形式及其所携热量均可以通过假设其由高速运动的原子构成来解释。但气体动理论并没有证明原子的存在。
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