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1-4: 分子の運動 |
「原子説への疑惑」
マクスウェル (イギリス: 1831 - 79) や
ボルツマン
(ドイツ: 1844 - 1906) によって
発展させられた
気体分子運動論 や
統計力学 は,
原子・分子説を
基礎にして成り立っていました.
したがってこれらの理論の
成功は,原子・分子説が
正しいことを
証明しているように
思われました.
しかし 20世紀になっても,
原子・分子の考え方は
便利ではあるけれども
あくまで人間の思考の
産物であり,
「原子・分子の実在の
実験的証明がない」 という理由で,
何人かの有力な
学者によって
強く反対されていました.
この反対論を打ち破ったのが,
下に述べるように,
ブラウン運動 の
観測でした.
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「分子運動の速さ」
気体中の分子は
常にめまぐるしく
動き回っています.
気体分子の速さを
最初に推定したのは
ジュール (イギリス: 1818 - 89)
でした(1851).
容器に入れた気体分子は
高速で動き回り,
分子が容器の壁に
衝突するときに
壁に加える力が
総合されて
気体の圧力
になる,と
ジュール
は考えました.
この考えに基づいて,
気体分子の運動の速さを
推定してみましょう.
内容は簡単ですが
少し数式が出てきますので,
別のページ
で説明しましょう.
1-4-A:
「気体分子の速さの推定」
上に引用した別ページ
(1-4-A) でみたように,
気体や液体中の分子は
猛烈な速さで
ランダムに運動している
と考えられます.
水の分子を直接見ることは
できませんが,
それらの運動を間接的にでも
観察することができれば,
分子の存在を確かめることが
できるはずです.
これを可能にしたのが
ブラウン運動
でした.
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「ブラウン運動」
水に浮かべた花粉が
水を十分に吸って破裂し,
出てくる微粒子が
たえず続ける
不規則な運動の様子を,
植物学者のブラウン
(イギリス: 1773 - 1858) が顕微鏡を
使って観察しました(1827).
ブラウンは, 花粉のみならず,
さまざまな物体から
出てくる微粒子が
同様な運動をすることを
報告しました.
この運動は
ブラウン運動
と呼ばれ, 液体中のみならず,
空気中の煙や煤の微粒子
等でも見られる
普遍的な運動であり,
高速運動をしている
気体や液体の分子が
その中に分散している
微粒子に衝突するために
起きるものと
考えられました.
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このブラウン運動に
分子論の立場から
理論的説明を加えたのが
アインシュタイン
(ドイツ生まれ: 1879 - 1955)
でした(1905).
1908 〜 13 年, ペラン
(フランス: 1870 - 1942) は数々の
困難な実験を繰り返し,
アインシュタインによる
分子理論を実証し,
分子の大きさや
アボガドロ定数を
求めることに成功しました.
これにより 原子・分子の実在
が広く
認められるようになりました.
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ペランが観測したブラウン運動
ブラウン運動をしている
乳香 (香料の1種)
の微粒子の位置を
一定時間ごとに
記録したものです.
実際は3次元の運動ですが,
平面に投影して
描いてあります.
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ブラウン運動を
実際にご覧になりたい方は
次の WWW サイトに
アクセスして下さい.
http://www.geocities.co.jp/Hollywood/5174/indexb.html
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