Изложение системы мира - Лаплас Пьер Симон - Страница 85

Сходство поверхностей жидкостей, заключённых в капиллярных пространствах, и жидких капель — с поверхностями, которыми геометры занимались при возникновении исчисления бесконечно малых под названием «криволинейных» и «упругих», естественно, побудило многих физиков рассматривать жидкости как бы обёрнутыми такими поверхностями, которые своим натяжением и эластичностью придавали жидкостям формы, наблюдаемые в опытах. Сегнер, которому одному из первых пришла эта идея, хорошо чувствовал, что она была лишь допущением, способным представить явления, но это допущение следует применять, только поскольку оно связывается с законом незаметного притяжения на заметных расстояниях. Поэтому он попробовал установить эту зависимость. Но, следуя за его рассуждениями, легко обнаружить в них неточность, и результаты, к которым он пришёл и которые не согласуются ни с анализом, ни с природой, служат этому доказательством. Впрочем, по замечанию в конце его изыскания, мы видим, что он и сам не был ими доволен. Но надо отдать ему справедливость в том, что он был на пути, который должен был привести его к общей теории капиллярных явлений. В то время, когда я ею занимался, Томас Юнг проводил искусные изыскания на эту же тему, включённые в «Философские труды». Подобно Сегнеру он сравнивает капиллярную силу с натяжением жидкой поверхности, учитывая её кривизну в двух взаимно перпендикулярных направлениях, и, кроме того, предполагает, что эта поверхность всегда пересекает стенки капиллярного пространства под определённым углом для одинаковых веществ, каковы бы ни были к тому же поверхности этих стенок, что правильно только в пределах сферы заметной активности этих веществ и, как мы видели по отношению к поверхности трубок и дисков, поднимающих жидкость, прекращается за этими пределами, когда жидкость находится у края стенок. Но Юнг, так же как и Сегнер, не пытался вывести свои гипотезы из молекулярного притяжения, что было необходимо для того, чтобы они стали реальными; а они могли стать такими только путём доказательств, подобных тем, что я дал в моем первом методе, к которому примыкают объяснения Сегнера и Юнга, так же как объяснения Жюрена примыкают ко второму способу, по которому я рассматривал явления этого рода.

Я много распространялся о капиллярных явлениях, так как независимо от интереса, который они представляют сами по себе, их теория проливает яркий свет на взаимные притяжения молекул, составляющих тела, ибо капиллярные явления — это лишь модификация этих притяжений. В самом деле, вычисления показывают нам, что капиллярное действие происходит от притягивающей силы и находится к ней в отношении, значительно меньшем, чем отношение радиуса сферы заметной активности этой силы к радиусу кривизны капиллярной поверхности. Так, если предположить, что это последнее отношение равна 1/10 000, притягивающая сила воды, действующей на саму себя, в 20 000 раз превзошла бы капиллярное действие этой жидкости в стеклянной трубке шириной в 0.001 м, действие, эквивалентное, как это следует из опытов, столбу жидкости в 0.30 м. Эта сила превзошла бы, таким образом, давление столба воды в 600 м. Такое значительное давление сильно сжимает внутренние слои этой жидкости и увеличивает их плотность, которая из-за этого должна превысить плотность плёнки жидкости меньшей толщины, чем сфера заметной активности её молекул. Не правдоподобно ли предположить, что это тот случай, когда водяная оболочка пузырьков пара делает их немного легче?

Молекулярное притяжение является причиной соединения однородных молекул и твёрдости тел. Оно — источник сродства разнородных молекул. Подобно тяготению, оно не останавливается на поверхности тел, а проникает в них, действуя за пределами непосредственного контакта, на неощутимых расстояниях. Это с очевидностью доказывают явления капиллярности. Отсюда вытекает зависимость влияния масс на химические свойства или эта способность к насыщению, явления которой Бертолле так удачно исследовал. Так, две кислоты, действуя на одно и то же основание, разделяют его между собой в отношении их химического сродства с ним. Этого не было бы, если бы химическое сродство действовало только через контакт, поскольку тогда наиболее сильная кислота поглотила бы целиком всё основание. Фигуры молекул, электричество, теплота, свет и другие причины, сочетаясь с этим основным законом, модифицируют его действия. Опыты г-на Гей-Люссака над явлениями капиллярности смесей воды и спирта, составленных в разных пропорциях, как будто указывают на эти изменения, так как эти явления не следуют в точности законам, вытекающим из соответствующих притяжений двух жидкостей, смешанных вместе, и их удельным весам.

Здесь возникает интересный вопрос, является ли закон молекулярного притяжения, зависящего от расстояния, одинаковым для всех тел? Это кажется вытекающим из общего явления, наблюдённого Рихтером и состоящего в том, что отношения оснований, насыщающих кислоту, одинаковы для всех кислот. В таком случае закон капиллярности также должен быть один и тот же для всех жидкостей.

Молекулы твёрдого тела располагаются так, что их сопротивление изменению состояния максимально. Каждая молекула, если она выведена из этого положения на бесконечно малую величину, стремится к нему вернуться под влиянием увлекающих её сил. Именно это создаёт упругость, относительно которой можно предполагать, что все тела ею наделены, если их форму изменяют лишь на бесконечно малую величину. Но когда взаимные расстояния молекул испытывают значительные изменения, эти молекулы находят новое состояние устойчивого равновесия, как это бывает у холоднокованных металлов, особенно у тел, которые вследствие своей мягкости способны сохранять все формы, придаваемые им путём сжатия. Твёрдость тел и их вязкость кажутся мне не чем иным, как сопротивлением молекул этим изменениям состояния равновесия. Если расширяющая сила тепла противопоставляется притягивающей силе молекул, она всё больше и больше уменьшает их вязкость или их взаимное сцепление при своём последовательном возрастании, и когда молекулы тела противопоставляют лишь очень слабое сопротивление их взаимному перемещению внутри и на поверхности тела, это тело становится жидким. Но его вязкость, хотя и очень ослабленная, существует ещё до тех пор, пока увеличение температуры не доведёт её до нуля или неощутимой величины. Тогда каждая молекула, находя в каждом своём положении одинаковые притягивающие силы и одинаковую отталкивающую силу теплоты, уступает самому лёгкому давлению, и жидкость приобретает идеальную текучесть. Можно с вероятностью предположить, что это имеет место для таких жидкостей, как спирт, которые имеют значительно более высокую температуру, чем их температура замерзания. Именно в этих жидкостях законы капиллярных явлений, как и законы равновесия и движения жидкостей, соблюдаются всего точнее, так как силы, от которых зависят капиллярные явления, так малы, что самого лёгкого препятствия, такого, как вязкость жидкостей и их трение о заключающие их стенки, достаточно, чтобы заметно изменить их проявление. Влияние формы молекул очень заметно в явлениях замерзания и кристаллизации, протекающих значительно быстрее, если в жидкость погрузить кусок льда или кристалл, образованный из той же жидкости, так как на поверхности этого твёрдого тела молекулы предстают перед жидкими молекулами, которые соприкасаются с ними, в условиях, наиболее благоприятных для их объединения. Можно понять, что влияние формы молекул при увеличении расстояния должно убывать значительно быстрее, чем само притяжение. Именно так в явлениях, зависящих от фигуры планет, таких, как приливы и отливы моря и предварение равноденствий, это влияние убывает пропорционально кубу расстояния, тогда как притяжение уменьшается только пропорционально квадрату расстояния.

Поэтому представляется, что твёрдое состояние тел зависит от притяжения молекул, сочетающегося с особенностями их формы. В результате кислота, хотя и притягивает на расстоянии некоторое основание с меньшей силой, чем другое основание, соединяется и кристаллизуется предпочтительно с ним, если по форме её молекул их контакт с этим основанием теснее. Влияние формы молекул, ещё чувствительное в вязких жидкостях, равно нулю в тех, которые обладают идеальной текучестью. Наконец, всё наводит на мысль, что в газообразном состоянии не только влияние формы молекул, но и влияние их притягивающих сил нечувствительно по сравнению с отталкивающей силой теплоты. Эти молекулы кажутся тогда только препятствием для распространения этой силы, так как в большом числе случаев, не меняя давления газа, заключённого в данном пространстве, можно заменить многие его части другими газами, равными по объёму. Этим объясняется тот факт, что разные газы, приведённые в соприкосновение, с течением времени равномерно смешиваются, так как только тогда они приходят в состояние устойчивого равновесия. Если один из этих газов есть пар, то равновесие устойчиво только в том случае, когда количество этого пара, перемешанного с газом, равно или меньше количества того же пара, который распространился бы при такой же температуре в пустом пространстве, равном тому, которое занимает смесь. Если количество пара превышает эту величину, то для устойчивости равновесия избыток пара должен сконденсироваться в жидкость.