諾貝爾物理學獎-1910

1、WORD格式1910 年諾貝爾物理學獎1910 年諾貝爾物理學獎氣液物態(tài)方程1910 年諾貝爾物理學獎授予荷蘭阿姆斯特丹大學的凡得瓦(J.van der Waals，18371923 )，以表彰他對氣體和液體的物態(tài)方程（ equation of state所作的工作。十九世紀末，分子運動論逐步形成了一門有嚴密體系的精確科學。與此同時實驗也越做越精，人們發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)氣體的行為與理想氣體的性質(zhì)不符。1847 年勒尼奧 (H. V. Regnault) 做了大量凡得瓦實驗，證明除了氫以外，沒有一種氣體嚴格遵守波以耳(Boyle)定律，這些氣體的膨脹係數(shù)都會隨壓力壓強增大而變大。1852 年焦耳和 W

2、.湯姆森合作做了多孔塞實驗，發(fā)現(xiàn)實際氣體在膨脹過程中內(nèi)能會發(fā)生變化，證明分子之間有作用力存在。1863 年安卓士 (T. Andrews)的二氧化碳等溫線敘述二氧化碳氣體存在一個臨界溫度31.3，高於這個溫度無論如何也無法使氣體液化。1871 年 J.湯姆森 (James Thomson)對氣液兩態(tài)問題提出了新的見解，他對安卓士的實驗結(jié)果做了補充，認為在臨界溫度以下氣液兩態(tài)應有連續(xù)性的過渡，並且提出一個“ 形的等溫線。不過他既沒作定量計算也沒有用分子理論加以解釋。把分子運動論的原理運用於氣液兩態(tài)，並成功地從理論上對兩態(tài)之間的連續(xù)性過渡作出定量分析的就是荷蘭物理學家凡得瓦。1873 年他在博士論

3、文"論氣態(tài)和液態(tài)的連續(xù)性"中考慮了分子體積和分子間吸力的影響，推出了著名的物態(tài)方程：apV 2V b RT這就是膾炙人口的凡得瓦方程，其中p、V、T 分別是氣體的壓力壓強、體積和溫度， R是氣體常數(shù)。他還進一步導出了常數(shù)b 是分子體積的 4 倍。這個方程不僅能解釋安卓士的實驗結(jié)果及 J.湯姆森的見解，而且能從常數(shù)a、b 值計算出臨界參數(shù)，這對“永久氣體 液化的專業(yè)資料整理WORD格式第34頁專業(yè)資料整理WORD格式1910 年諾貝爾物理學獎理論起了指導作用。這篇論文是用荷蘭文發(fā)表的，起初影響不大，後由於馬克士威注意到了他的論文，並於次年 (1874 年 )在有國際影響的&q

4、uot;自然"雜誌上對該文作了熱情的述評。馬克士威寫道：“ 毫無疑問，凡得瓦的名字將很快出現(xiàn)在第一流的分子科學家的名單中，“ 可以肯定，不止一個科學家正在注意學習他的論文所用的低地荷蘭語。後來，果然在"荷蘭皇家科學院學報"和"荷蘭年鑑"(Archives Neerlandaises)上陸續(xù)發(fā)表了許多這一課題以及與之有關(guān)的論文，並被譯成其它文字。凡得瓦和他的學派在國際物理學界開始引起廣泛的迴響。凡得瓦 1837 年 l1 月 23 日出生於荷蘭的萊頓，在家鄉(xiāng)結(jié)束了教育後，成為一名中學教員。雖然他因不懂古典語言而未能參加大學入學考試，但在l8621

5、865 年期間，他利用業(yè)餘時間在萊頓大學繼續(xù)學習，並獲得了數(shù)學和物理學的教師證書。1864 年，凡得瓦任德文特 (Deventer)一所中學的教師。 1866 年到海牙，先當該城一所中學的教師，後任該校校長。新的立法取消了理工科大學生入學前必須受古典語言教育的規(guī)定，使凡得瓦能夠參加大學考試。 1873 年他以“ 論氣態(tài)和液態(tài)的連續(xù)性這篇論文取得了博士學位，使他立刻進入了第一流物理學家的行列。在這篇論文中，他提出了包括氣態(tài)和液態(tài)的“物態(tài)方程 ，論證了氣液態(tài)混合物不僅以連續(xù)的方式互相轉(zhuǎn)化，而且事實上它們具有一樣的本質(zhì)。1876 年頒佈了新的高等教育法，將阿姆斯特丹古老的雅典語學院擴充成綜合大學，凡

6、得瓦被任命為該校第一名物理學教授。他和同事X托夫 (Van't Hoff) 、遺傳學家德弗裏斯 (Hugo deVries)使該校聲譽大增。儘管各處向他發(fā)出盛情的邀請，但他一直忠實地留在該校，直到退休。凡得瓦對他論文的課題發(fā)生興趣的直接原因，是克勞修斯(Clausius)的論文中將熱看成是一種運動現(xiàn)象，使他想對安卓士l869 年證明氣體存在臨界溫度時所作的實驗尋找一種解釋。專業(yè)資料整理WORD格式第35頁專業(yè)資料整理WORD格式1910 年諾貝爾物理學獎凡得瓦的天才在於，他發(fā)現(xiàn)必須考慮分子的體積和分子間的作用力(現(xiàn)在一般稱為凡得瓦力)，才能建立氣體和液體的壓力壓強、體積、溫度之間的關(guān)係

7、。凡得瓦經(jīng)過艱苦的努力，於1880 年發(fā)表了第二項重大發(fā)現(xiàn)，當時他稱之為“對應態(tài)定律。這個定律指出：如果壓力壓強表示成臨界壓力壓強的單調(diào)函數(shù)，體積表示成臨界體積的單調(diào)函數(shù)，溫度表示成臨界溫度的單調(diào)函數(shù)，就可得到適用於所有物質(zhì)的物態(tài)方程的普遍形式：33 182在這個方程中，原來在凡得瓦方程中的a、b、R 這三個常數(shù)可用特殊物質(zhì)的臨界值、來表示。正是由於在這個定律的指導下進行實驗，杜而(Dewar)才在 1898 年製成了液態(tài)氫，卡末林 -昂納斯在 1908 年製成了液態(tài)氦， 並因此榮獲1913 年的諾貝爾物理學獎。 卡末林 -昂納斯在 1910 年寫道：“ 我們一直把凡得瓦的研究看成是實驗取得成

8、功的關(guān)鍵，萊頓的低溫實驗室就是在他的理論影響下發(fā)展起來的。十年後，即 1890 年，關(guān)於“ 二元溶液理論 的第一篇論文在"荷蘭年鑑"上刊出，這是凡得瓦的又一項重大成就。他把物態(tài)方程和熱力學第二定律結(jié)合起來，創(chuàng)造了一種圖示法，以吉布斯在“ 非均勻物質(zhì)的平衡 這篇論文中首次提出的形式用一個面表示他的數(shù)學公式。為紀念吉布斯，他把這個面稱為“面 ，因為吉布斯用希臘字母作為自由能的符號，他認為自由能對平衡有著重大意義。二元混合物理論引起了一系列實驗，其中庫恩(J. P. Kuenen)的實驗是最早的實驗之一。庫恩發(fā)現(xiàn)，臨界現(xiàn)象的特徵完全可由理論預言。關(guān)於這個課題的報告後來收編進了凡得瓦和柯恩斯塔姆教授合著的"熱力學教程"之中。還應當提到的是凡得瓦的毛細現(xiàn)象熱力學理論，其根本形式第一次出現(xiàn)在l893 年。這一理論認為，在液體和蒸氣之間的邊界層存在著密度連續(xù)的但又十分迅速的變化。這個觀點和吉布斯的不同，吉布斯則假設從液體到蒸氣之間密度是突變的。拉普拉斯(Laplace)早年建立專業(yè)資料整理WORD格式第36頁專業(yè)資料整理WORD格式1910 年諾貝爾物理學獎了毛細現(xiàn)象的理論，凡得瓦卻認為分子永遠在作高速運動。在臨界溫度附近所作的關(guān)於這個現(xiàn)象的實驗支援了凡得瓦的觀點。凡得瓦獲得了許多榮譽，特別應提到的是：他是劍橋大學的榮譽博士，莫斯科帝國自然科學學會名譽