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date | Fri, 07 Dec 2012 17:05:22 +0100 |
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7 <head><title></title> | |
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15 </head><body > | |
16 | |
17 <!--l. 13--><p class="noindent"><pb/></p> | |
18 <div class="center" > | |
19 | |
20 <!--l. 14--><p class="noindent"> | |
21 </p><!--l. 15--><p class="noindent"><span | |
22 class="cmr-12x-x-120">5.</span><span | |
23 class="cmbxti-10x-x-144">Über die von der molekularkinetischen Theorie </span> <br/><span | |
24 class="cmbxti-10x-x-144">der</span> | |
25 <span | |
26 class="cmbxti-10x-x-144">W</span><span | |
27 class="cmbxti-10x-x-144">ärme geforderte Bewegung von in ruhenden</span> | |
28 <br/><span | |
29 class="cmbxti-10x-x-144">Fl</span><span | |
30 class="cmbxti-10x-x-144">üssigkeiten suspendierten Teilchen; </span> <br/><span | |
31 class="cmbxti-10x-x-144">von A.</span> | |
32 <span | |
33 class="cmbxti-10x-x-144">Einstein.</span></p></div> | |
34 <div class="center" > | |
35 | |
36 <!--l. 21--><p class="noindent"> | |
37 </p><!--l. 22--><p class="noindent">--------</p></div> | |
38 <!--l. 26--><p class="indent"> In dieser Arbeit soll gezeigt werden, daß nach der molekular-<br/>kinetischen Theorie der Wärme in Flüssigkeiten suspendierte <br/>Körper von mikroskopisch sichtbarer Größe infolge der Mole-<br/>kularbewegung der Wärme Bewegungen von solcher Größe <br/>ausführen müssen, daß diese Bewegungen leicht mit dem <br/>Mikroskop nachgewiesen werden können. Es ist möglich, daß <br/>die hier zu behandelnden Bewegungen mit der sogenannten <br/>,,Brown schen Molekularbewegung“ identisch sind; die mir <br/>erreichbaren Angaben über letztere sind jedoch so ungenau, <br/>daß ich mir hierüber kein Urteil bilden konnte. | |
39 </p><!--l. 39--><p class="indent"> Wenn sich die hier zu behandelnde Bewegung samt den <br/>für sie zu erwartenden Gesetzmäßigkeiten wirklich beobachten <br/>läßt, so ist die klassische Thermodynamik schon für mikro-<br/>skopisch unterscheidbare Räume nicht mehr als genau gültig | |
40 <br/>anzusehen und es ist dann eine exakte Bestimmung der wahren <br/>Atomgröße möglich. Erwiese sich umgekehrt die Voraussage <br/>dieser Bewegung als unzutreffend, so wäre damit ein schwer-<br/>wiegendes Argument gegen die molekularkinetische Auffassung <br/>der Wärme gegeben. | |
41 </p> | |
42 <div class="center" > | |
43 | |
44 <!--l. 52--><p class="noindent"> | |
45 </p><!--l. 53--><p class="noindent"><span | |
46 class="cmsy-10x-x-120">§ </span>1. Über den suspendierten Teilchen zuzuschreibenden <br/>osmotischen Druck.</p></div> | |
47 <!--l. 58--><p class="indent"> Im Teilvolumen <span | |
48 class="cmmi-12">V</span> <sup ><span | |
49 class="cmsy-8">*</span></sup> einer Flüssigkeit vom Gesamtvolumen <span | |
50 class="cmmi-12">V </span> <br/>seien | |
51 <span | |
52 class="cmmi-12">z</span>-Gramm - Moleküle eines Nichtelektrolyten gelöst. Ist <br/>das Volumen <span | |
53 class="cmmi-12">V</span> <sup ><span | |
54 class="cmsy-8">*</span></sup> durch eine für das Lösungsmittel, nicht aber <br/>für die gelöste Substanz durchlässige Wand vom reinen Lösungs-<br/><pb/> | |
55 </p><!--l. 66--><p class="indent"> | |
56 | |
57 </p><!--l. 67--><p class="noindent">mittel getrennt, so wirkt auf diese Wand der sogenannte os-<br/>motische Druck, welcher bei genügend großen Werten von <span | |
58 class="cmmi-12">V</span> <sup ><span | |
59 class="cmsy-8">*</span></sup>/<span | |
60 class="cmmi-12">z </span> <br/>der Gleichung genügt: | |
61 </p> | |
62 <center class="par-math-display" > | |
63 <img | |
64 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_19050x.png" alt="p V * = R T z . " class="par-math-display" /></center> | |
65 <!--l. 75--><p class="nopar"> | |
66 </p><!--l. 79--><p class="indent"> Sind hingegen statt der gelösten Substanz in dem Teil-<br/>volumen <span | |
67 class="cmmi-12">V</span> <sup ><span | |
68 class="cmsy-8">*</span></sup> der Flüssigkeit kleine suspendierte Körper vor-<br/>handen, welche ebenfalls nicht durch die für das Lösungs-<br/>mittel durchlässige Wand hindurchtreten können, so hat man <br/>nach der klassischen Theorie der Thermodynamik -- wenigstens <br/>bei Vernachlässigung der uns hier nicht interessierenden Schwer-<br/>kraft -- nicht zu erwarten, daß auf die Wand eine Kraft <br/>wirke; denn die ,,freie Energie“ des Systems scheint nach der <br/>üblichen Auffassung nicht von der Lage der Wand und der <br/>suspendierten Körper abzuhängen, sondern nur von den Ge-<br/>samtmassen und Qualitäten der suspendierten Substanz, der <br/>Flüssigkeit und der Wand, sowie von Druck und Temperatur. <br/>Es kämen allerdings für die Berechnung der freien Energie <br/>noch Energie und Entropie der Grenzflächen in Betracht | |
69 <br/>(Kapillarkräfte); hiervon können wir jedoch absehen, indem <br/>bei den ins Auge zu fassenden Lagenänderungen der Wand <br/>und der suspendierten Körper Änderungen der Größe und <br/>Beschaffenheit der Berührungsflächen nicht eintreten mögen. | |
70 </p><!--l. 102--><p class="indent"> Vom Standpunkte der molekularkinetischen Wärmetheorie <br/>aus kommt man aber zu einer anderen Auffassung. Nach <br/>dieser Theorie unterscheidet sich eingelöstes Molekül von einem <br/>suspendierten Körper <span | |
71 class="cmti-12">lediglich </span>durch die Größe, und man sieht <br/>nicht ein, warum einer Anzahl suspendierter Körper nicht der-<br/>selbe osmotische Druck entsprechen sollte, wie der nämlichen <br/>Anzahl gelöster Moleküle. Man wird anzunehmen haben, daß <br/>die suspendierten Körper infolge der Molekularbewegung der <br/>Flüssigkeit eine wenn auch sehr langsame ungeordnete Be-<br/>wegung in der Flüssigkeit ausführen; werden sie durch die <br/>Wand verhindert, das Volumen <span | |
72 class="cmmi-12">V</span> <sup ><span | |
73 class="cmsy-8">*</span></sup> zu verlassen, so werden sie | |
74 <br/>auf die Wand Kräfte ausüben, ebenso wie gelöste Moleküle. <br/>Sind also <span | |
75 class="cmmi-12">n</span> | |
76 suspendierte Körper im Volumen <span | |
77 class="cmmi-12">V</span> <sup ><span | |
78 class="cmsy-8">*</span></sup>, also <span | |
79 class="cmmi-12">n/V</span> <sup ><span | |
80 class="cmsy-8">*</span></sup> = <span | |
81 class="cmmi-12"><img | |
82 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-17.png" alt="n" class="12x-x-17" /> </span> <br/>in der Volumeneinheit vorhanden, und sind benachbarte unter <br/>ihnen genügend weit voneinander entfernt, so wird ihnen ein <br/>osmotischer Druck <span | |
83 class="cmmi-12">p </span>entsprechen von der Größe: | |
84 <pb/> | |
85 </p><!--l. 125--><p class="indent"> | |
86 | |
87 </p> | |
88 <center class="par-math-display" > | |
89 <img | |
90 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_19051x.png" alt=" R T n R T p = -V-*-N--= -N---.n , " class="par-math-display" /></center> | |
91 <!--l. 130--><p class="nopar"> | |
92 </p><!--l. 134--><p class="noindent">wobei <span | |
93 class="cmmi-12">N </span>die Anzahl der in einem Gramm-Molekül enthaltenen <br/>wirklichen Moleküle bedeutet. Im nächsten Paragraph soll <br/>gezeigt werden, daß die molekularkinetische Theorie der Wärme <br/>wirklich zu dieser erweiterten Auffassung des osmotischen <br/>Druckes führt. | |
94 </p> | |
95 <div class="center" > | |
96 | |
97 <!--l. 143--><p class="noindent"> | |
98 </p><!--l. 144--><p class="noindent"><span | |
99 class="cmsy-10x-x-120">§ </span>2. Der osmotische Druck vom Standpunkte der molekular-<br/>kinetischen Theorie der Wärme.<sup ><span | |
100 class="cmr-8">1</span></sup>)</p></div> | |
101 <!--l. 149--><p class="indent"> Sind <span | |
102 class="cmmi-12">p</span><sub ><span | |
103 class="cmr-8">1</span></sub> <span | |
104 class="cmmi-12">p</span><sub ><span | |
105 class="cmr-8">2</span></sub><span | |
106 class="cmmi-12">...</span><span | |
107 class="cmmi-12">p</span><sub ><span | |
108 class="cmmi-8">l</span></sub> Zustandsvariable eines physikalischen <br/>Systems, welche den momentanen Zustand desselben voll-<br/>kommen bestimmen (z. B. die Koordinaten und Geschwindig-<br/>keitskomponenten aller Atome des Systems) und ist das voll-<br/>ständige System der Veränderungsgleichungen dieser Zustands-<br/>variabeln von der Form | |
109 </p> | |
110 <center class="par-math-display" > | |
111 <img | |
112 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_19052x.png" alt="@ pn @ t = fn (p1 ...pl)(n = 1, 2 ...l) " class="par-math-display" /></center> | |
113 <!--l. 161--><p class="nopar"> | |
114 </p><!--l. 165--><p class="noindent">gegeben, wobei <span | |
115 class="cmex-10x-x-120"><img | |
116 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmex10-c-50.png" alt=" sum " class="10-120x-x-50" /></span> | |
117 <img | |
118 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_19053x.png" alt="@ fn @-p-- n" class="frac" align="middle" /> = 0<span | |
119 class="cmmi-12">, </span>so ist die Entropie des Systems <br/>durch den Ausdruck gegeben: | |
120 </p> | |
121 <center class="par-math-display" > | |
122 <img | |
123 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_19054x.png" alt=" integral | |
124 E- ---E-- S = T + 2 x lg e 2x T d p1... d pl. " class="par-math-display" /></center> | |
125 <!--l. 174--><p class="nopar"> | |
126 </p><!--l. 177--><p class="noindent">Hierbei bedeutet <span | |
127 class="cmmi-12">T </span>die absolute Temperatur, <img | |
128 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_19055x.png" alt="E" class="bar" /> die Energie <br/>des Systems, <span | |
129 class="cmmi-12">E </span>die Energie als Funktion der <span | |
130 class="cmmi-12">p</span><sub ><span | |
131 class="cmmi-8"><img | |
132 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi8-17.png" alt="n" class="8x-x-17" /></span></sub><span | |
133 class="cmmi-12">. </span>Das Inte-<br/>gral ist über alle mit den Bedingungen des Problems ver-<br/>einbaren Wertekombinationen der <span | |
134 class="cmmi-12">p</span><sub ><span | |
135 class="cmmi-8"><img | |
136 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi8-17.png" alt="n" class="8x-x-17" /></span></sub><span | |
137 class="cmmi-12">. </span>zu erstrecken. <span | |
138 class="cmbxti-10x-x-120">x</span> ist mit <br/>der oben erwähnten Konstanten <span | |
139 class="cmmi-12">N </span>durch die Relation 2 <span | |
140 class="cmbxti-10x-x-120">x</span> <span | |
141 class="cmmi-12">N </span>= <span | |
142 class="cmmi-12">R </span> <br/>verbunden. Für die freie Energie <span | |
143 class="cmmi-12">F </span>erhalten wir daher: | |
144 </p> | |
145 <center class="par-math-display" > | |
146 <img | |
147 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_19056x.png" alt=" integral | |
148 R - EN- R T F = - N--T lg e RT d p1... dpl = - -N---lg B . " class="par-math-display" /></center> | |
149 <!--l. 191--><p class="nopar"> | |
150 </p><!--l. 194--><p class="noindent">---------- | |
151 </p><!--l. 197--><p class="indent"> 1) In diesem Paragraph sind die Arbeiten des Verfassers über die <br/>Grundlagen der Thermodynamik als bekannt vorausgesetzt (vgl. Ann. d. <br/>Phys. <span | |
152 class="cmbx-12">9. </span>p. 417. 1902; | |
153 <span | |
154 class="cmbx-12">11. </span>p. 170. 1903). Für das Verständnis der <br/>Resultate der vorliegenden Arbeit ist die Kenntnis jener Arbeiten sowie <br/>dieses Paragraphen der vorliegenden Arbeit entbehrlich. <pb/> | |
155 </p><!--l. 207--><p class="indent"> | |
156 | |
157 </p><!--l. 208--><p class="indent"> Wir denken uns nun eine in dem Volumen <span | |
158 class="cmmi-12">V </span>eingeschlossene <br/>Flüssigkeit; in dem Teilvolumen <span | |
159 class="cmmi-12">V</span> <sup ><span | |
160 class="cmsy-8">*</span></sup> von <span | |
161 class="cmmi-12">V </span>mögen sich <span | |
162 class="cmmi-12">n </span>ge-<br/>löste Moleküle bez. suspendierte Körper befinden, welche im <br/>Volumen <span | |
163 class="cmmi-12">V</span> <sup ><span | |
164 class="cmsy-8">*</span></sup> durch eine semipermeabele Wand festgehalten <br/>seien; es werden hierdurch die Integrationsgrenzen des in den <br/>Ausdrücken für <span | |
165 class="cmmi-12">S </span>und <span | |
166 class="cmmi-12">F </span>auftretenden Integrales <span | |
167 class="cmmi-12">B </span>beeinflußt. <br/>Das Gesamtvolumen der gelösten Moleküle bez. suspendierten <br/>Körper sei klein gegen <span | |
168 class="cmmi-12">V</span> <sup ><span | |
169 class="cmsy-8">*</span></sup>. Dies System werde im Sinne der <br/>erwähnten Theorie durch die Zustandsvariabeln <span | |
170 class="cmmi-12">p</span><sub ><span | |
171 class="cmr-8">1</span></sub> <span | |
172 class="cmmi-12">...</span><span | |
173 class="cmmi-12">p</span><sub ><span | |
174 class="cmmi-8">l</span></sub> voll-<br/>ständig dargestellt. | |
175 </p><!--l. 221--><p class="indent"> Wäre nun auch das molekulare Bild bis in alle Einzel-<br/>heiten festgelegt, so böte doch die Ausrechnung des Integrales <span | |
176 class="cmmi-12">B </span> <br/>solche Schwierigkeiten, daß an eine exakte Berechnung von <span | |
177 class="cmmi-12">F </span> <br/>kaum gedacht werden könnte. Wir brauchen jedoch hier nur <br/>zu wissen, wie <span | |
178 class="cmmi-12">F </span>von der Größe des Volumens <span | |
179 class="cmmi-12">V</span> <sup ><span | |
180 class="cmsy-8">*</span></sup> abhängt, <br/>in welchem alle gelösten Moleküle bez. suspendierten Körper <br/>(im folgenden kurz ,,Teilchen“ genannt) enthalten sind. | |
181 </p><!--l. 231--><p class="indent"> Wir nennen <span | |
182 class="cmmi-12">x</span><sub ><span | |
183 class="cmr-8">1</span></sub><span | |
184 class="cmmi-12">, y</span><sub ><span | |
185 class="cmr-8">1</span></sub><span | |
186 class="cmmi-12">, z</span><sub ><span | |
187 class="cmr-8">1</span></sub> die rechtwinkligen Koordinaten des <br/>Schwerpunktes des ersten Teilchens, <span | |
188 class="cmmi-12">x</span><sub ><span | |
189 class="cmr-8">2</span></sub><span | |
190 class="cmmi-12">, y</span><sub ><span | |
191 class="cmr-8">2</span></sub><span | |
192 class="cmmi-12">, z</span><sub ><span | |
193 class="cmr-8">2</span></sub> die des zweiten etc., <br/><span | |
194 class="cmmi-12">x</span><sub ><span | |
195 class="cmmi-8">n</span></sub><span | |
196 class="cmmi-12">, y</span><sub ><span | |
197 class="cmmi-8">n</span></sub><span | |
198 class="cmmi-12">, z</span><sub ><span | |
199 class="cmmi-8">n</span></sub><span | |
200 class="cmmi-12">, </span>die des letzten Teilchens und geben für die Schwer-<br/>punkte der Teilchen die unendlich kleinen parallelepiped-<br/>förmigen Gebiete <span | |
201 class="cmmi-12">dx</span><sub ><span | |
202 class="cmr-8">1</span></sub> <span | |
203 class="cmmi-12">dy</span><sub ><span | |
204 class="cmr-8">1</span></sub> <span | |
205 class="cmmi-12">dz</span><sub ><span | |
206 class="cmr-8">1</span></sub><span | |
207 class="cmmi-12">, dx</span><sub ><span | |
208 class="cmr-8">2</span></sub> <span | |
209 class="cmmi-12">dy</span><sub ><span | |
210 class="cmr-8">2</span></sub> <span | |
211 class="cmmi-12">dz</span><sub ><span | |
212 class="cmr-8">2</span></sub> <span | |
213 class="cmmi-12">...</span> <span | |
214 class="cmmi-12">dx</span><sub ><span | |
215 class="cmmi-8">n</span></sub> <span | |
216 class="cmmi-12">dy</span><sub ><span | |
217 class="cmmi-8">n</span></sub> <span | |
218 class="cmmi-12">dz</span><sub ><span | |
219 class="cmmi-8">n</span></sub><span | |
220 class="cmmi-12">,</span> | |
221 <br/>welche alle in <span | |
222 class="cmmi-12">V</span> <sup ><span | |
223 class="cmsy-8">*</span></sup> gelegen seien. Gesucht sei der Wert des <br/>im Ausdruck für <span | |
224 class="cmmi-12">F</span> | |
225 auftretenden Integrales mit der Beschränkung, <br/>daß die Teilchenschwerpunkte in den ihnen soeben zugewiesenen <br/>Gebieten liegen. Dies Integral läßt sich jedenfalls auf die Form | |
226 </p> | |
227 <center class="par-math-display" > | |
228 <img | |
229 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_19057x.png" alt="d B = dx1 d y1 ... d zn.J " class="par-math-display" /></center> | |
230 <!--l. 248--><p class="nopar"> | |
231 </p><!--l. 252--><p class="noindent">bringen, wobei <span | |
232 class="cmmi-12">J </span>von <span | |
233 class="cmmi-12">dx</span><sub ><span | |
234 class="cmr-8">1</span></sub> <span | |
235 class="cmmi-12">dy</span><sub ><span | |
236 class="cmr-8">1</span></sub> etc., sowie von <span | |
237 class="cmmi-12">V</span> <sup ><span | |
238 class="cmsy-8">*</span></sup>, d. h. von <br/>der Lage der semipermeabeln Wand, unabhängig ist. <span | |
239 class="cmmi-12">J </span>ist <br/>aber auch unabhängig von der speziellen Wahl <span | |
240 class="cmti-12">der Lagen </span>der <br/>Schwerpunktsgebiete und von dem Werte von <span | |
241 class="cmmi-12">V</span> <sup ><span | |
242 class="cmsy-8">*</span></sup>, wie sogleich <br/>gezeigt werden soll. Sei nämlich ein zweites System von un-<br/>endlich kleinen Gebieten für die Teilchenschwerpunkte gegeben <br/>und bezeichnet durch | |
243 <span | |
244 class="cmmi-12">dx</span><span | |
245 class="cmsy-10x-x-120">'</span><sub ><span | |
246 class="cmr-8">1</span> </sub> <span | |
247 class="cmmi-12">dy</span><span | |
248 class="cmsy-10x-x-120">'</span><sub ><span | |
249 class="cmr-8">1</span></sub> <span | |
250 class="cmmi-12">dz</span><span | |
251 class="cmsy-10x-x-120">'</span><sub ><span | |
252 class="cmr-8">2</span></sub><span | |
253 class="cmmi-12">, dx</span><span | |
254 class="cmsy-10x-x-120">'</span><sub ><span | |
255 class="cmr-8">2</span></sub> <span | |
256 class="cmmi-12">dy</span><span | |
257 class="cmsy-10x-x-120">'</span><sub ><span | |
258 class="cmr-8">2</span></sub> <span | |
259 class="cmmi-12">dz</span><span | |
260 class="cmsy-10x-x-120">'</span><sub ><span | |
261 class="cmr-8">2</span></sub> <span | |
262 class="cmmi-12">...</span> <span | |
263 class="cmmi-12">dx</span><span | |
264 class="cmsy-10x-x-120">'</span><sub ><span | |
265 class="cmmi-8">n</span></sub> <span | |
266 class="cmmi-12">dy</span><span | |
267 class="cmsy-10x-x-120">'</span><sub ><span | |
268 class="cmmi-8">n</span></sub> <span | |
269 class="cmmi-12">dz</span><span | |
270 class="cmsy-10x-x-120">'</span><sub ><span | |
271 class="cmmi-8">n</span></sub><span | |
272 class="cmmi-12">, </span> <br/>welche Gebiete sich von den ursprünglich gegebenen nur durch <br/>ihre Lage, nicht aber durch ihre Größe unterscheiden mögen <br/>und ebenfalls alle in <span | |
273 class="cmmi-12">V</span> <sup ><span | |
274 class="cmsy-8">*</span></sup> enthalten seien, so gilt analog: | |
275 </p> | |
276 <center class="par-math-display" > | |
277 <img | |
278 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_19058x.png" alt="d B'= d x'1d y'1 ... dz'n .J', " class="par-math-display" /></center> | |
279 <!--l. 271--><p class="nopar"> <pb/> | |
280 </p><!--l. 276--><p class="indent"> | |
281 | |
282 </p><!--l. 277--><p class="noindent">wobei | |
283 </p> | |
284 <center class="par-math-display" > | |
285 <img | |
286 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_19059x.png" alt="dx1 d y1 ... d zn = d x'1 dy'1 ... dz'n . " class="par-math-display" /></center> | |
287 <!--l. 285--><p class="nopar"> | |
288 </p><!--l. 288--><p class="noindent">Es ist also: | |
289 </p> | |
290 <center class="par-math-display" > | |
291 <img | |
292 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190510x.png" alt="d B J ---'= --'. dB J " class="par-math-display" /></center> | |
293 <!--l. 294--><p class="nopar"> | |
294 </p><!--l. 298--><p class="indent"> Aus der in den zitierten Arbeiten gegebenen molekularen <br/>Theorie der Wärme läßt sich aber leicht folgern<sup ><span | |
295 class="cmr-8">1</span></sup>), daß <span | |
296 class="cmmi-12">dB/B </span> <br/>bez. <span | |
297 class="cmmi-12">dB</span><span | |
298 class="cmsy-10x-x-120">'</span><span | |
299 class="cmmi-12">/B </span>gleich ist der Wahrscheinlichkeit dafür, daß sich <br/>in einem beliebig herausgegriffenen Zeitpunkte die Teilchen-<br/>schwerpunkte in den Gebieten (<span | |
300 class="cmmi-12">dx</span><sub ><span | |
301 class="cmr-8">1</span></sub> <span | |
302 class="cmmi-12">...</span><span | |
303 class="cmmi-12">dz</span><sub ><span | |
304 class="cmmi-8">n</span></sub>) bez. in den Ge-<br/>bieten (<span | |
305 class="cmmi-12">dx</span><span | |
306 class="cmsy-10x-x-120">'</span><sub ><span | |
307 class="cmr-8">1</span></sub> <span | |
308 class="cmmi-12">...</span><span | |
309 class="cmmi-12">dz</span><span | |
310 class="cmsy-10x-x-120">'</span><sub ><span | |
311 class="cmmi-8">n</span></sub>) befinden. Sind nun die Bewegungen der <br/>einzelnen Teilchen (mit genügender Annäherung) voneinander <br/>unabhängig, ist die Flüssigkeit homogen und wirken auf die <br/>Teilchen keine Kräfte, so müssen bei gleicher Größe der Ge-<br/>biete die den beiden Gebietssystemen zukommenden Wahr-<br/>scheinlichkeiten einander gleich sein, so daß gilt: | |
312 </p> | |
313 <center class="par-math-display" > | |
314 <img | |
315 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190511x.png" alt=" ' d-B-= d-B-. B B " class="par-math-display" /></center> | |
316 <!--l. 316--><p class="nopar"> | |
317 </p><!--l. 319--><p class="noindent">Aus dieser und aus der zuletzt gefundenen Gleichung folgt aber | |
318 </p> | |
319 <center class="par-math-display" > | |
320 <img | |
321 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190512x.png" alt="J = J'. " class="par-math-display" /></center> | |
322 <!--l. 326--><p class="nopar"> | |
323 </p><!--l. 330--><p class="indent"> Es ist somit erwiesen, daß <span | |
324 class="cmmi-12">J </span>weder von <span | |
325 class="cmmi-12">V</span> <sup ><span | |
326 class="cmsy-8">*</span></sup> noch von <br/><span | |
327 class="cmmi-12">x</span><sub > | |
328 <span | |
329 class="cmr-8">1</span></sub><span | |
330 class="cmmi-12">, y</span><sub ><span | |
331 class="cmr-8">1</span></sub><span | |
332 class="cmmi-12">...</span><span | |
333 class="cmmi-12">z</span><sub ><span | |
334 class="cmmi-8">n</span></sub> abhängig ist. Durch Integration erhält man | |
335 </p> | |
336 <center class="par-math-display" > | |
337 <img | |
338 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190513x.png" alt=" integral | |
339 B = J dx1 ...dzn = J V *n " class="par-math-display" /></center> | |
340 <!--l. 337--><p class="nopar"> | |
341 </p><!--l. 341--><p class="noindent">und daraus | |
342 </p> | |
343 <center class="par-math-display" > | |
344 <img | |
345 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190514x.png" alt="F = - R-T-{lgJ + n lg V *} N " class="par-math-display" /></center> | |
346 <!--l. 347--><p class="nopar"> | |
347 </p><!--l. 351--><p class="noindent">und | |
348 </p> | |
349 <center class="par-math-display" > | |
350 <img | |
351 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190515x.png" alt=" @-F-- R-T-n-- R-T- p = - @ V * = V * N = N n . " class="par-math-display" /></center> | |
352 <!--l. 358--><p class="nopar"> | |
353 </p><!--l. 362--><p class="indent"> Durch diese Betrachtung ist gezeigt, daß die Existenz <br/>des osmotischen Druckes eine Konsequenz der molekular-<br/>kinetischen Theorie der Wärme ist, und daß nach dieser Theorie <br/>gelöste Moleküle und suspendierte Körper von gleicher Anzahl <br/>sich in bezug auf osmotischen Druck bei großer Verdünnung <br/>vollkommen gleich verhalten. | |
354 </p><!--l. 370--><p class="noindent">---------- | |
355 </p><!--l. 373--><p class="indent"> 1) A. Einstein, Ann. d. Phys. <span | |
356 class="cmbx-12">11. </span>p. 170. 1903. <pb/> | |
357 </p><!--l. 378--><p class="indent"> | |
358 | |
359 </p> | |
360 <div class="center" > | |
361 | |
362 <!--l. 379--><p class="noindent"> | |
363 </p><!--l. 380--><p class="noindent"><span | |
364 class="cmsy-10x-x-120">§ </span>3. Theorie der Diffusion kleiner suspendierter Kugeln.</p></div> | |
365 <!--l. 384--><p class="indent"> In einer Flüssigkeit seien suspendierte Teilchen regellos <br/>verteilt. Wir wollen den dynamischen Gleichgewichtszustand <br/>derselben untersuchen unter der Voraussetzung, daß auf die <br/>einzelnen Teilchen eine Kraft <span | |
366 class="cmmi-12">K </span>wirkt, welche vom Orte, <br/>nicht aber von der Zeit abhängt. Der Einfachheit halber | |
367 <br/>werde angenommen, daß die Kraft überall die Richtung der <br/><span | |
368 class="cmmi-12">X</span>-Achse habe. | |
369 </p><!--l. 393--><p class="indent"> Es sei <span | |
370 class="cmmi-12"><img | |
371 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-17.png" alt="n" class="12x-x-17" /> </span>die Anzahl der suspendierten Teilchen pro <br/>Volumeneinheit, so ist im Falle des thermodynamischen Gleich-<br/>gewichtes <span | |
372 class="cmmi-12"><img | |
373 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-17.png" alt="n" class="12x-x-17" /> </span>eine solche Funktion von <span | |
374 class="cmmi-12">x</span>, daß für eine beliebige <br/>virtuelle Verrückung <span | |
375 class="cmmi-12"><img | |
376 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-e.png" alt="d" class="12x-x-e" /> x </span>der suspendierten Substanz die Variation <br/>der freien Energie verschwindet. Man hat also: | |
377 </p> | |
378 <center class="par-math-display" > | |
379 <img | |
380 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190516x.png" alt="d F = d E - T dS = 0. " class="par-math-display" /></center> | |
381 <!--l. 403--><p class="nopar"> | |
382 </p><!--l. 406--><p class="noindent">Es werde angenommen, daß die Flüssigkeit senkrecht zur <br/><span | |
383 class="cmmi-12">X</span>-Achse den Querschnitt 1 habe und durch die Ebenen <span | |
384 class="cmmi-12">x </span>= 0 <br/>und <span | |
385 class="cmmi-12">x </span>= <span | |
386 class="cmmi-12">l </span>begrenzt sei. Man hat dann: | |
387 </p> | |
388 <center class="par-math-display" > | |
389 <img | |
390 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190517x.png" alt=" integral l d E = - K n dx dx | |
391 0 " class="par-math-display" /></center> | |
392 <!--l. 417--><p class="nopar"> | |
393 </p><!--l. 421--><p class="noindent">und | |
394 </p> | |
395 <center class="par-math-display" > | |
396 <img | |
397 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190518x.png" alt=" integral l n @ d x R integral l@ n d S = R --------dx = - --- --- dx dx . N @ x N @ x 0 0 " class="par-math-display" /></center> | |
398 <!--l. 431--><p class="nopar"> | |
399 </p><!--l. 434--><p class="noindent">Die gesuchte Gleichgewichtsbedingung ist also: | |
400 </p> | |
401 <table width="100%" | |
402 class="equation"><tr><td><a | |
403 id="x1-2r1"></a> | |
404 | |
405 <center class="math-display" > | |
406 <img | |
407 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190519x.png" alt="- K n + R-T- @-n = 0 N @ x " class="math-display" /></center></td><td width="5%">(1)</td></tr></table> | |
408 <!--l. 440--><p class="nopar"> | |
409 </p><!--l. 444--><p class="noindent">oder | |
410 </p> | |
411 <center class="par-math-display" > | |
412 <img | |
413 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190520x.png" alt="K n - @-p = 0 . @ x " class="par-math-display" /></center> | |
414 <!--l. 450--><p class="nopar"> | |
415 </p><!--l. 453--><p class="noindent">Die letzte Gleichung sagt aus, daß der Kraft <span | |
416 class="cmmi-12">K </span>durch osmo-<br/>tische Druckkräfte das Gleichgewicht geleistet wird. | |
417 </p><!--l. 458--><p class="indent"> Die Gleichung (1) benutzen wir, um den Diffusionskoeffi-<br/>zienten der suspendierten Substanz zu ermitteln. Wir können <br/>den eben betrachteten dynamischen Gleichgewichtszustand als <br/><pb/> | |
418 </p><!--l. 464--><p class="indent"> | |
419 | |
420 </p><!--l. 465--><p class="noindent">die Superposition zweier in umgekehrtem Sinne verlaufender <br/>Prozesse auffassen, nämlich | |
421 </p><!--l. 468--><p class="indent"> 1. einer Bewegung der suspendierten Substanz unter der <br/>Wirkung der auf jedes einzelne suspendierte Teilchen wirken-<br/>den Kraft <span | |
422 class="cmmi-12">K</span>, | |
423 </p><!--l. 472--><p class="indent"> 2. eines Diffusionsvorganges, welcher als Folge der un-<br/>geordneten Bewegungen der Teilchen infolge der Molekular-<br/>bewegung der Wärme aufzufassen ist. | |
424 </p><!--l. 476--><p class="indent"> Haben die suspendierten Teilchen Kugelform (Kugelradius <span | |
425 class="cmmi-12">P</span>) <br/>und besitzt die Flüssigkeit den Reibungskoeffizienten <span | |
426 class="cmmi-12">k</span>, so <br/>erteilt die Kraft <span | |
427 class="cmmi-12">K </span>dem einzelnen Teilchen die Geschwindigkeit<sup ><span | |
428 class="cmr-8">1</span></sup>) | |
429 </p> | |
430 <center class="par-math-display" > | |
431 <img | |
432 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190521x.png" alt="--K---- 6 pk P , " class="par-math-display" /></center> | |
433 <!--l. 484--><p class="nopar"> | |
434 </p><!--l. 488--><p class="noindent">und es treten durch die Querschnittseinheit pro Zeiteinheit | |
435 </p> | |
436 <center class="par-math-display" > | |
437 <img | |
438 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190522x.png" alt="-n-K--- 6p k P " class="par-math-display" /></center> | |
439 <!--l. 494--><p class="nopar"> | |
440 </p><!--l. 497--><p class="noindent">Teilchen hindurch. | |
441 </p><!--l. 500--><p class="indent"> Bezeichnet ferner <span | |
442 class="cmmi-12">D </span>den Diffusionskoeffizienten der sus-<br/>pendierten Substanz und <span | |
443 class="cmmi-12"><img | |
444 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-16.png" alt="m" class="cmmi-12x-x-16" align="middle" /> </span>die Masse eines Teilchens, so treten <br/>pro Zeiteinheit infolge der Diffusion | |
445 </p> | |
446 <center class="par-math-display" > | |
447 <img | |
448 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190523x.png" alt=" @ (m n) - D ------- Gramm @ x " class="par-math-display" /></center> | |
449 <!--l. 508--><p class="nopar"> | |
450 </p><!--l. 512--><p class="noindent">oder | |
451 </p> | |
452 <center class="par-math-display" > | |
453 <img | |
454 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190524x.png" alt="- D @ n @ x " class="par-math-display" /></center> | |
455 <!--l. 518--><p class="nopar"> | |
456 </p><!--l. 521--><p class="noindent">Teilchen durch die Querschnittseinheit. Da dynamisches Gleich-<br/>gewicht herrschen | |
457 soll, so muß sein: | |
458 </p> | |
459 <table width="100%" | |
460 class="equation"><tr><td><a | |
461 id="x1-3r2"></a> | |
462 <center class="math-display" > | |
463 <img | |
464 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190525x.png" alt=" n K @ n -------- D --- = 0 . 6p k P @ x " class="math-display" /></center></td><td width="5%">(2)</td></tr></table> | |
465 <!--l. 529--><p class="nopar"> | |
466 </p><!--l. 533--><p class="indent"> Aus den beiden für das dynamische Gleichgewicht ge-<br/>fundenen Bedingungen (1) und (2) kann man den Diffusions-<br/>koeffizienten berechnen. Man erhält: | |
467 </p> | |
468 <center class="par-math-display" > | |
469 <img | |
470 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190526x.png" alt=" R-T- --1---- D = N 6p kP . " class="par-math-display" /></center> | |
471 <!--l. 540--><p class="nopar"> | |
472 </p><!--l. 543--><p class="noindent">Der Diffusionskoeffizient der suspendierten Substanz hängt also <br/>---------- | |
473 </p><!--l. 547--><p class="indent"> 1) Vgl. z. B. G. Kirchhoff, Vorlesungen über Mechanik, 26. Vor-<br/>lesung <span | |
474 class="cmsy-10x-x-120">§ </span>4. | |
475 <pb/> | |
476 </p><!--l. 552--><p class="indent"> | |
477 | |
478 </p><!--l. 553--><p class="noindent">außer von universellen Konstanten und der absoluten Tem-<br/>peratur nur vom Reibungskoeffizienten der Flüssigkeit und von <br/>der Größe der suspendierten Teilchen ab. | |
479 </p> | |
480 <div class="center" > | |
481 | |
482 <!--l. 559--><p class="noindent"> | |
483 </p><!--l. 560--><p class="noindent"><span | |
484 class="cmsy-10x-x-120">§ </span>4. Über die ungeordnete Bewegung von in einer Flüssigkeit | |
485 <br/>suspendierten Teilchen und deren Beziehung zur Diffusion.</p></div> | |
486 <!--l. 567--><p class="indent"> Wir gehen nun dazu über, die ungeordneten Bewegungen <br/>genauer zu untersuchen, welche, von der Molekularbewegung <br/>der Wärme hervorgerufen, Anlaß zu der im letzten Para-<br/>graphen untersuchten Diffusion geben. | |
487 </p><!--l. 573--><p class="indent"> Es muß offenbar angenommen werden, daß jedes einzelne <br/>Teilchen eine Bewegung ausführe, welche unabhängig ist von <br/>der Bewegung aller anderen Teilchen; es werden auch die <br/>Bewegungen eines und desselben Teilchens in verschiedenen <br/>Zeitintervallen als voneinander unabhängige Vorgänge aufzu-<br/>fassen sein, solange wir diese Zeitintervalle nicht zu klein ge-<br/>wählt denken. | |
488 </p><!--l. 582--><p class="indent"> Wir führen ein Zeitintervall <span | |
489 class="cmmi-12"><img | |
490 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-1c.png" alt="t" class="12x-x-1c" /> </span>in die Betrachtung ein, <br/>welches sehr klein sei gegen die beobachtbaren Zeitintervalle, <br/>aber doch so groß, daß die in zwei aufeinanderfolgenden Zeit-<br/>intervallen <span | |
491 class="cmmi-12"><img | |
492 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-1c.png" alt="t" class="12x-x-1c" /> </span>von einem Teilchen ausgeführten Bewegungen als <br/>voneinander unabhängige Ereignisse aufzufassen sind. | |
493 </p><!--l. 589--><p class="indent"> Seien nun in einer Flüssigkeit im ganzen <span | |
494 class="cmmi-12">n </span>suspendierte <br/>Teilchen vorhanden. In einem Zeitintervall <span | |
495 class="cmmi-12"><img | |
496 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-1c.png" alt="t" class="12x-x-1c" /> </span>werden sich die <br/><span | |
497 class="cmmi-12">X</span>-Koordinaten der einzelnen Teilchen um <img | |
498 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmr12-1.png" alt="D" class="12x-x-1" /> | |
499 vergrößern, wobei <br/><img | |
500 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmr12-1.png" alt="D" class="12x-x-1" /> für jedes Teilchen einen anderen (positiven oder negativen) | |
501 <br/>Wert hat. Es wird für <img | |
502 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmr12-1.png" alt="D" class="12x-x-1" /> ein gewisses Häufigkeitsgesetz gelten; <br/>die Anzahl <span | |
503 class="cmmi-12">d n</span> | |
504 der Teilchen, welche in dem Zeitintervall <span | |
505 class="cmmi-12"><img | |
506 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-1c.png" alt="t" class="12x-x-1c" /> </span> <br/>eine Verschiebung erfahren, welche zwischen <img | |
507 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmr12-1.png" alt="D" class="12x-x-1" /> und <img | |
508 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmr12-1.png" alt="D" class="12x-x-1" /> + <span | |
509 class="cmmi-12">d </span><img | |
510 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmr12-1.png" alt="D" class="12x-x-1" /> <br/>liegt, wird durch eine Gleichung von der Form | |
511 </p> | |
512 <center class="par-math-display" > | |
513 <img | |
514 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190527x.png" alt="dn = n f (D) d D " class="par-math-display" /></center> | |
515 <!--l. 604--><p class="nopar"> | |
516 </p><!--l. 608--><p class="noindent">ausdrückbar sein, wobei | |
517 </p> | |
518 <center class="par-math-display" > | |
519 <img | |
520 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190528x.png" alt=" integral +o o | |
521 | |
522 f (D) d D = 1 - oo | |
523 | |
524 " class="par-math-display" /></center> | |
525 <!--l. 615--><p class="nopar"> | |
526 </p><!--l. 619--><p class="noindent">und <span | |
527 class="cmmi-12"><img | |
528 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-27.png" alt="f" class="cmmi-12x-x-27" align="middle" /> </span>nur für sehr kleine Werte von <img | |
529 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmr12-1.png" alt="D" class="12x-x-1" /> von Null verschieden <br/>ist und die Bedingung | |
530 </p> | |
531 <center class="par-math-display" > | |
532 <img | |
533 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190529x.png" alt="f (D) = f(- D ) " class="par-math-display" /></center> | |
534 <!--l. 625--><p class="nopar"> | |
535 </p><!--l. 629--><p class="noindent">erfüllt. <pb/> | |
536 </p><!--l. 633--><p class="indent"> | |
537 | |
538 </p><!--l. 634--><p class="indent"> Wir untersuchen nun, wie der Diffusionskoeffizient von <span | |
539 class="cmmi-12"><img | |
540 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-27.png" alt="f" class="cmmi-12x-x-27" align="middle" /> </span> <br/>abhängt, wobei wir uns wieder auf den Fall beschränken, daß <br/>die Anzahl <span | |
541 class="cmmi-12"><img | |
542 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-17.png" alt="n" class="12x-x-17" /> </span>der Teilchen pro Volumeneinheit nur von <span | |
543 class="cmmi-12">x </span>und <span | |
544 class="cmmi-12">t </span> <br/>abhängt. | |
545 </p><!--l. 640--><p class="indent"> Es sei <span | |
546 class="cmmi-12"><img | |
547 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-17.png" alt="n" class="12x-x-17" /> </span>= <span | |
548 class="cmmi-12">f</span>(<span | |
549 class="cmmi-12">x, t</span>) die Anzahl der Teilchen pro Volumen-<br/>einheit, wir berechnen die Verteilung der Teilchen zur Zeit <br/><span | |
550 class="cmmi-12">t </span>+ <span | |
551 class="cmmi-12"><img | |
552 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-1c.png" alt="t" class="12x-x-1c" /> </span>aus deren Verteilung zur Zeit <span | |
553 class="cmmi-12">t. </span>Aus der Definition <br/>der Funktion <span | |
554 class="cmmi-12"><img | |
555 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-27.png" alt="f" class="cmmi-12x-x-27" align="middle" /> </span>(<img | |
556 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmr12-1.png" alt="D" class="12x-x-1" />) ergibt sich leicht die Anzahl der Teilchen, <br/>welche sich zur Zeit <span | |
557 class="cmmi-12">t </span>+ <span | |
558 class="cmmi-12"><img | |
559 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-1c.png" alt="t" class="12x-x-1c" /> </span>zwischen zwei zur <span | |
560 class="cmmi-12">X</span>-Achse senk-<br/>rechten Ebenen mit den Abszissen <span | |
561 class="cmmi-12">x </span>und <span | |
562 class="cmmi-12">x </span>+ <span | |
563 class="cmmi-12">dx </span>befinden. <br/>Man erhält: | |
564 </p> | |
565 <center class="par-math-display" > | |
566 <img | |
567 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190530x.png" alt=" D=+ oo | |
568 integral | |
569 f (x, t + t) dx = d x . f (x + D) f(D) d D . D= - oo | |
570 " class="par-math-display" /></center> | |
571 <!--l. 655--><p class="nopar"> | |
572 </p><!--l. 658--><p class="noindent">Nun können wir aber, da <span | |
573 class="cmmi-12"><img | |
574 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-1c.png" alt="t" class="12x-x-1c" /> </span>sehr klein ist, setzen: | |
575 </p> | |
576 <center class="par-math-display" > | |
577 <img | |
578 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190531x.png" alt="f(x, t + t ) = f (x, t) + t@-f-. @ t " class="par-math-display" /></center> | |
579 <!--l. 666--><p class="nopar"> | |
580 </p><!--l. 669--><p class="noindent">Ferner entwickeln wir <span | |
581 class="cmmi-12">f</span>(<span | |
582 class="cmmi-12">x </span>+ <img | |
583 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmr12-1.png" alt="D" class="12x-x-1" /><span | |
584 class="cmmi-12">, t</span>) nach Potenzen von <img | |
585 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmr12-1.png" alt="D" class="12x-x-1" />: | |
586 </p> | |
587 <center class="par-math-display" > | |
588 <img | |
589 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190532x.png" alt=" @ f (x,t) D2 @2f (x, t) f (x + D, t) = f(x, t) + D --------+ ---------2--- ... in inf. @ x 2! @ x " class="par-math-display" /></center> | |
590 <!--l. 679--><p class="nopar"> | |
591 </p><!--l. 682--><p class="noindent">Diese Entwicklung können wir unter dem Integral vornehmen, <br/>da zu letzterem nur sehr kleine Werte von <img | |
592 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmr12-1.png" alt="D" class="12x-x-1" /> etwas beitragen. <br/>Wir erhalten: | |
593 </p> | |
594 <center class="par-math-display" > | |
595 <img | |
596 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190533x.png" alt=" integral +o o integral +o o | |
597 @ f @ f f + ----.t = f . f (D) d D + ---- D f (D) dD @ t - oo @ x- oo | |
598 + oo | |
599 @2f integral D 2 + ---2 ----f (D) d D ... @ x- oo 2 " class="par-math-display" /></center> | |
600 <!--l. 705--><p class="nopar"> | |
601 </p><!--l. 708--><p class="noindent">Auf der rechten Seite verschwindet wegen <span | |
602 class="cmmi-12"><img | |
603 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-27.png" alt="f" class="cmmi-12x-x-27" align="middle" /> </span>(<span | |
604 class="cmmi-12">x</span>) = <span | |
605 class="cmmi-12"><img | |
606 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-27.png" alt="f" class="cmmi-12x-x-27" align="middle" /> </span>(<span | |
607 class="cmsy-10x-x-120">-</span><span | |
608 class="cmmi-12">x</span>) das <br/>zweite, vierte etc. Glied, während von dem ersten, dritten, <br/>fünften etc. Gliede jedes folgende gegen das vorhergehende <br/>sehr klein ist. Wir erhalten aus dieser Gleichung, indem wir | |
609 <br/>berücksichtigen, daß | |
610 </p> | |
611 <center class="par-math-display" > | |
612 <img | |
613 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190534x.png" alt=" integral + oo | |
614 | |
615 f (D) dD = 1 , - oo | |
616 " class="par-math-display" /></center> | |
617 <!--l. 720--><p class="nopar"> <pb/> | |
618 </p><!--l. 727--><p class="indent"> | |
619 | |
620 </p><!--l. 728--><p class="noindent">und indem wir | |
621 </p> | |
622 <center class="par-math-display" > | |
623 <img | |
624 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190535x.png" alt=" integral + oo 2 1- D-- f (D) dD = D t 2 - oo | |
625 " class="par-math-display" /></center> | |
626 <!--l. 736--><p class="nopar"> | |
627 </p><!--l. 740--><p class="noindent">setzen und nur das erste und dritte Glied der rechten Seite <br/>berücksichtigen:</p> | |
628 <table width="100%" | |
629 class="equation"><tr><td><a | |
630 id="x1-4r1"></a> | |
631 <center class="math-display" > | |
632 <img | |
633 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190536x.png" alt=" 2 @ f-= D @-f- . @ t @ x2 " class="math-display" /></center></td><td width="5%">(1)</td></tr></table> | |
634 <!--l. 748--><p class="nopar"> | |
635 </p><!--l. 752--><p class="indent"> Dies ist die bekannte Differentialgleichung der Diffusion, <br/>und man erkennt, daß | |
636 <span | |
637 class="cmmi-12">D </span>der Diffusionskoeffizient ist. | |
638 </p><!--l. 756--><p class="indent"> An diese Entwicklung läßt sich noch eine wichtige Über-<br/>legung anknüpfen. Wir haben angenommen, daß die einzelnen <br/>Teilchen alle auf dasselbe Koordinatensystem bezogen seien. <br/>Dies ist jedoch nicht nötig, da die Bewegungen der einzelnen <br/>Teilchen voneinander unabhängig sind. Wir wollen nun die | |
639 <br/>Bewegung jedes Teilchens auf ein Koordinatensystem beziehen, <br/>dessen Ursprung mit der Lage des Schwerpunktes des be-<br/>treffenden Teilchens zur Zeit <span | |
640 class="cmmi-12">t </span>= 0 zusammenfällt, mit dem <br/>Unterschiede, daß jetzt <span | |
641 class="cmmi-12">f </span>(<span | |
642 class="cmmi-12">x, t</span>) <span | |
643 class="cmmi-12">dx </span>die Anzahl der Teilchen be-<br/>deutet, deren <span | |
644 class="cmmi-12">X</span>-Koordinaten von der Zeit <span | |
645 class="cmmi-12">t </span>= 0 bis zur Zeit <br/><span | |
646 class="cmmi-12">t </span>= <span | |
647 class="cmmi-12">t </span>um eine Größe <span | |
648 class="cmti-12">gewachsen </span>ist, welche zwischen <span | |
649 class="cmmi-12">x </span>und <br/><span | |
650 class="cmmi-12">x </span>+ <span | |
651 class="cmmi-12">dx </span>liegt. Auch in diesem Falle ändert sich also die <br/>Funktion <span | |
652 class="cmmi-12">f </span>gemäß Gleichung (1). Ferner muß offenbar für <br/><span | |
653 class="cmmi-12">x </span><span | |
654 class="msam-10x-x-120"><img | |
655 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/msam10-c-3f.png" alt="><" class="10-120x-x-3f" /> </span>0 und <span | |
656 class="cmmi-12">t </span>= 0 | |
657 </p> | |
658 <center class="par-math-display" > | |
659 <img | |
660 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190537x.png" alt=" integral + oo | |
661 | |
662 f(x,t) = 0 und f(x,t)d x = n - oo | |
663 " class="par-math-display" /></center> | |
664 <!--l. 779--><p class="nopar"> | |
665 </p><!--l. 783--><p class="noindent">sein. Das Problem, welches mit dem Problem der Diffusion <br/>von einem Punkte aus (unter Vernachlässigung der Wechsel-<br/>wirkung der diffundierenden Teilchen) übereinstimmt, ist nun <br/>mathematisch vollkommen bestimmt; seine Lösung ist: | |
666 </p> | |
667 <center class="par-math-display" > | |
668 <img | |
669 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190538x.png" alt=" x2- ---n----e--4Dt f(x,t) = V~ ------ V~ t . 4 pD " class="par-math-display" /></center> | |
670 <!--l. 793--><p class="nopar"> | |
671 </p><!--l. 797--><p class="indent"> Die Häufigkeitsverteilung der in einer beliebigen Zeit <span | |
672 class="cmmi-12">t </span> <br/>erfolgten Lagenänderungen ist also dieselbe wie die der zu-<br/><pb/> | |
673 </p><!--l. 802--><p class="indent"> | |
674 | |
675 </p><!--l. 803--><p class="noindent">fälligen Fehler, was zu vermuten war. Von Bedeutung aber <br/>ist, wie die Konstante im Exponenten mit dem Diffusions-<br/>koeffizienten zusammenhängt. Wir berechnen nun mit Hilfe <br/>dieser Gleichung die Verrückung <span | |
676 class="cmmi-12"><img | |
677 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-15.png" alt="c" class="12x-x-15" /></span><sub ><span | |
678 class="cmmi-8">x</span></sub> in Richtung der <span | |
679 class="cmmi-12">X</span>-Achse, | |
680 <br/>welche ein Teilchen im Mittel erfäbrt, oder -- genauer aus-<br/>gedrückt -- die Wurzel aus dem arithmetischen Mittel der <br/>Quadrate der Verrückungen in Richtung der <span | |
681 class="cmmi-12">X</span>-Achse; es ist: | |
682 </p> | |
683 <center class="par-math-display" > | |
684 <img | |
685 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190539x.png" alt=" V~ --- V~ ----- cx = x2 = 2 D t . " class="par-math-display" /></center> | |
686 <!--l. 816--><p class="nopar"> | |
687 </p><!--l. 820--><p class="indent"> Die mittlere Verschiebung ist also proportional der Qua-<br/>dratwurzel aus der Zeit. Man kann leicht zeigen, daß die <br/>Wurzel aus dem Mittelwert der Quadrate der <span | |
688 class="cmti-12">Gesamtverschic- </span> <br/><span | |
689 class="cmti-12">bungen </span>der Teilchen den Wert <span | |
690 class="cmmi-12"><img | |
691 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-15.png" alt="c" class="12x-x-15" /></span><sub ><span | |
692 class="cmmi-8">x</span></sub><img | |
693 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190540x.png" alt=" V~ 3" class="sqrt" /> | |
694 besitzt. | |
695 </p> | |
696 <div class="center" > | |
697 | |
698 <!--l. 827--><p class="noindent"> | |
699 </p><!--l. 828--><p class="noindent"><span | |
700 class="cmsy-10x-x-120">§ </span>5. Formel für die mittlere Verschiebung suspendierter Teilchen. <br/>Eine neue Methode zur Bestimmung der wahren Größe der Atome.</p></div> | |
701 <!--l. 835--><p class="indent"> In <span | |
702 class="cmsy-10x-x-120">§ </span>3 haben wir für den Diffusionskoeffizienten <span | |
703 class="cmmi-12">D </span>eines <br/>in einer Flüssigkeit in Form von kleinen Kugeln vom Radius <span | |
704 class="cmmi-12">P </span> <br/>suspendierten Stoffes den Wert gefunden: | |
705 </p> | |
706 <center class="par-math-display" > | |
707 <img | |
708 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190541x.png" alt=" R T 1 D = -----------. N 6p k P " class="par-math-display" /></center> | |
709 <!--l. 843--><p class="nopar"> | |
710 </p><!--l. 846--><p class="noindent">Ferner fanden wir in <span | |
711 class="cmsy-10x-x-120">§ </span>4 für den Mittelwert der Verschie-<br/>bungen der Teilchen in Richtung der <span | |
712 class="cmmi-12">X</span>-Achse in der Zeit <span | |
713 class="cmmi-12">t</span>: | |
714 </p> | |
715 <center class="par-math-display" > | |
716 <img | |
717 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190542x.png" alt=" V~ ----- cx = 2D t . " class="par-math-display" /></center> | |
718 <!--l. 853--><p class="nopar"> | |
719 </p><!--l. 856--><p class="noindent">Durch Eliminieren von <span | |
720 class="cmmi-12">D </span>erhalten wir: | |
721 </p> | |
722 | |
723 <center class="par-math-display" > | |
724 <img | |
725 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190543x.png" alt=" V~ ------------ V~ - R T 1 cx = t. -----------. N 3p k P " class="par-math-display" /></center> | |
726 <!--l. 863--><p class="nopar"> | |
727 </p><!--l. 866--><p class="noindent">Diese Gleichung läßt erkennen, wie <span | |
728 class="cmmi-12"><img | |
729 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-15.png" alt="c" class="12x-x-15" /></span><sub ><span | |
730 class="cmmi-8">x</span></sub> von <span | |
731 class="cmmi-12">T, k </span>und <span | |
732 class="cmmi-12">P </span>ab-<br/>hängen muß. | |
733 </p><!--l. 869--><p class="indent"> Wir wollen berechnen, wie groß <span | |
734 class="cmmi-12"><img | |
735 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/cmmi12-15.png" alt="c" class="12x-x-15" /></span><sub ><span | |
736 class="cmmi-8">x</span></sub> für eine Sekunde ist, <br/>wenn <span | |
737 class="cmmi-12">N </span>gemäß den Resultaten der kinetischen Gastheorie <br/>6.10<sup ><span | |
738 class="cmr-8">23</span></sup> gesetzt wird; es sei als Flüssigkeit Wasser von 17<sup ><span | |
739 class="cmr-8">0</span></sup> C<span | |
740 class="cmmi-12">. </span> <br/>gewählt (<span | |
741 class="cmmi-12">k </span>= 1<span | |
742 class="cmmi-12">, </span>35 <span | |
743 class="cmmi-12">. </span>10<sup ><span | |
744 class="cmsy-8">-</span><span | |
745 class="cmr-8">2</span></sup>) und der Teilchendurchmesser sei | |
746 <br/>0,001 mm. Man erhält: | |
747 </p> | |
748 <center class="par-math-display" > | |
749 <img | |
750 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190544x.png" alt="cx = 8.10- 5 cm = 0,8 Mikron. " class="par-math-display" /></center> | |
751 <!--l. 880--><p class="nopar"> | |
752 </p><!--l. 883--><p class="noindent">Die mittlere Verschiebung in 1 Min. wäre also ca. 6 Mikron. <pb/> | |
753 </p><!--l. 888--><p class="indent"> | |
754 | |
755 </p><!--l. 889--><p class="indent"> Umgekehrt läßt sich die gefundene Beziehung zur Be-<br/>stimmung von <span | |
756 class="cmmi-12">N</span> | |
757 benutzen. Man erhält: | |
758 </p> | |
759 <center class="par-math-display" > | |
760 <img | |
761 src="http://foxridge.mpiwg-berlin.mpg.de/permanent/einstein/annalen/Einst_Ueber_de_1905/fulltext/img/Einst_Ueber_de_190545x.png" alt=" t R T N = --2-.------- . cx 3 p kP " class="par-math-display" /></center> | |
762 <!--l. 896--><p class="nopar"> | |
763 </p><!--l. 900--><p class="indent"> Möge es bald einem Forscher gelingen, die hier auf-<br/>geworfene, für die Theorie der Wärme wichtige Frage zu ent-<br/>scheiden! | |
764 </p><!--l. 904--><p class="indent"> Bern, Mai 1905. </p> | |
765 <div class="center" > | |
766 | |
767 <!--l. 906--><p class="noindent"> | |
768 </p><!--l. 907--><p class="noindent">(Eingegangen 11. Mai 1905.)</p></div> | |
769 <div class="center" > | |
770 | |
771 <!--l. 912--><p class="noindent"> | |
772 </p><!--l. 913--><p class="noindent">----------</p></div> | |
773 | |
774 </body></html> | |
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