化学哲学新体系
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第一节 论纯弹性流体的构造

一个纯弹性流体或完全弹性流体是这样一种流体,它的质点的结构都是相同的,即无法区别的。水蒸气、氢气、氮气[9]等都是这种东西。这些流体是由具有弥漫的热的气氛的质点所组成,这些热的气氛的容量或体积常常比液体或固体中质点所占有的大1000或2000倍。因此,不管抽象地说,坚硬的原子形状怎样,当它们被这样一种气氛包围以后,它们必定是球形的;但是由于任何微小体积中的球体都承受同样的压力,它们的容积必定是相同的。所以,它们可能像一堆弹丸那样排列成很多水平的层。无论何时,只要除去压力,气体的体积都要发生膨胀。这可证明,在任何情况下,排斥都是胜过吸引。对于弹性流体质点间的绝对吸引和排斥,我们是无法估计的,虽然这两种同时存在的力无疑是巨大的;但是排斥能量超过吸引能量那部分却能够估计出来,而且增强和减弱的规律在很多情况下可以确定。例如水汽的密度可认为是水的1/1728,因此每一个水汽的质点的直径是水的质点的直径的十二倍,而每一个水汽的质点必定是压在水表面的144个质点上面;但是每一个水的质点所受到的压力都相当于34英尺水柱的压力,所以每一个水汽质点中的弹性力等于34×144=4896英尺水质点柱的重量。而且这种弹性力是随着质点间距离的增大而减小。因此,对水汽和其他弹性流体来说,结合力已完全被排斥力所抵消,能够有效地使质点运动的力只是排斥超过吸引的那部分。例如,设吸引力是10,排斥是12,有效的排斥力就是2。于是一个弹性流体不但不需要任何力使其质点分离,而且还一直需要力使其保持在原来的位置,即阻止它们分离。

一个充满任何纯弹性流体的容器可设想为类似一个充满小弹丸的容器。各个球体都具有相同的大小;但是流体的质点与弹丸的质点有所不同,其区别在于,流体质点是由一种极小的坚硬物质的中心原子所构成,其周围被一种热的气氛包围着,在紧靠原子处气氛的密度较大,但随着与原子距离的加大,气氛就逐渐变得稀薄,稀薄程度与距离的某种方次成比例;而弹丸质点则是整体一样坚硬的球体,包围它们的热的气氛与之相比,其大小可以不计。

由经验可知,一定质量的弹性流体的力是与其密度成正比。由此可推导出已经提到过的定义:每一质点的排斥能力是与其直径成反比。这就是表观排斥力,如果我们能够这样说的话;因为如果我们对吸引力不了解,我们就不知道真正的或绝对的排斥力。当我们使弹性流体作任何体积膨胀时,它的质点就增大了,而它们热的量并不发生任何重大变化;因此可得结论,热的气氛的密度必定是随着压力而增减。例如,设想一定量空气体积膨胀8倍,那么,由于弹性质点的直径是与空间的立方根成正比,质点间的距离将变成膨胀前的两倍,而弹性流体所占空间将为原来的8倍,并具有几乎同量的热。由此可知,这些气氛密度减小的比例必定与弹性流体密度减小的比例大致相同。

有些弹性流体,例如氢、氧等,可以抵抗迄今为止对它们施加的任何压力。在这种情况下,热的排斥力胜过质点间亲和力与外界压力之和。这种情况将继续到什么程度,我们是无法说出的;但通过类比,我们可以推想,更大的压力将能使吸引力占优势,这时弹性流体就会变成液体或固体。对其他一些弹性流体例如水汽来说,当施加压力到一定程度时,弹性明显地完全停止,质点聚集成小的液滴而下落。这种现象还需要解释。

在凝结时,水汽的体积由1700突然变成1,压力并没有显著的变化。从这种突然转变,人们会倾向于设想,蒸汽的凝结是由于弹簧的断裂,而不是弹簧被压抑。然而我却相信后者是事实。凝结是由于亲和力的作用比热的作用占优势而发生的,这时热的作用是被克服了,但不是被削弱了。当质点相互接近时,由于热的聚集,它们的排斥增强,但它们的亲和力也增强,看来还增加更多,一直到质点相互靠近到这样一种程度,使这两种力量相互平衡了,于是液体,水就形成了。由第48页所述,可知这是真正的解释;在第48页指出,蒸汽凝结时放出的热,多半不会比永久弹性流体被机械地压缩到同样体积时放出的多,并且这时放出的热仅是原来结合的热的一小部分。因此,只要热与这种现象有关,情况总是一样,不管质点是由于亲和力而相互接近的,还是由于机械力而相互接近的。

因此,对于一种液体,例如水的结构,必定要想象为由质点集合而形成的。这些质点有着极强的吸引力和排斥力,但程度上几乎是相等的。下面将进一步加以论述。