Max Planck Institute for the History of Science

Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte

























































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10. Über die Gültigkeitsgrenze des Satzes
vomthermodynamischen Gleichgewicht und über
dieMöglichkeit einer neuen Bestimmung der
Elementarquanta; von A. Einstein.

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Der Zustand eines physikalischen Systems sei im Sinne
der
Thermodynamik bestimmt durch die Parameter , etc.
(z. B. Anzeige eines Thermometers, Länge oder Volumen eines
Körpers
, Substanzmenge einer gewissen Art in einer Phase).
Ist
das System mit anderen Systemen nicht in Wechselwirkung,
was
wir annehmen, so wird nach der Tkermodynamik Gleich-
gewicht
bei bestimmten Werten 0, 0 etc. der Parameter statt-
haben
, für welche Werte die Entropie S des Systems ein
Maximum
ist. Nach der molekularen Theorie der Wärme
jedoch
ist dies nicht genau, sondern nur angenähert richtig;
nach
dieser Theorie besitzt der Parameter auch bei Tem-
peraturgleichgewicht
keinen konstanten Wert, sondern einen
unregelmäßig
schwankenden, der sich von 0 allerdings nur
äußerst
selten beträchtlich

Die theoretische Untersuchung des statistischen Gesetzes,
welchem
diese Schwankungen unterworfen sind, scheint auf
den
ersten Blick bestimmte Festsetzungen in betreff des an-
zuwendenden
molekularen Bildes zu erfordern. Dies ist jedoch
nicht
der Fall. Es genügt vielmehr im wesentlichen, die
bekannte
Boltzmannsche Beziehung anzuwenden, welche die
Entropie
S mit der statistischen Wahrscheinlichkeit eines Zu-
standes
verbindet. Diese Beziehung lautet

wobei R die Konstante der Gasgleichung und N die Anzahl
der
Moleküle in einem Grammäquivalent

Wir fassen einen Zustand des Systems ins Auge, in
welchem
der Parameter den von 0 sehr wenig abweichenden
Wert
0 + besitzt. Um den Parameter auf umkehrbarem
Wege
vom Werte 0 zum Werte bei konstanter Energie E

zu bringen, wird man eine Arbeit A dem System zuführen und
die
entsprechende Wärmemenge dem System entziehen müssen.
Nach
thermodynamischen Beziehungen

oder, da die betrachtete Änderung unendlich klein und
dE = 0

Andererseits ist aber nach dem Zusammenhang zwischen
Entropie
und

Aus den beiden letzten Gleichungen

Dies Resultat insolviert eine gewisse Ungenauigkeit, indem
man
ja eigentlich nicht von der Wahrscheinlichkeit eines Zu-
standes, sondern nur von der Wahrscheinlichkeit eines Zustands-
gebietes reden kann. Schreiben wir statt der gefundenen

so ist das letztere Gesetz ein exaktes. Die Willkür, welche
darin
liegt, daß wir das Differential von und nicht das
Differential
irgendeiner Funktion von in die Gleichung ein-
gesetzt
haben, wird auf unser Resultat nicht von Einfluß

Wir setzen nun = 0 + und beschränken uns auf den
Fall
, daß A nach positiven Potenzen von entwickelbar ist,
und
daß nur das erste nicht verschwindende Glied dieser Ent-
wickelung
zum Werte des Exponenten merklich beiträgt bei
solchen
Werten von , für welche die Exponentialfunktion noch
merklich
von Null verschieden ist. Wir setzen also A = a2
und

Es gilt also in diesem Falle für die Abweichungen das
Gesetz
der zufälligen Fehler. Für den Mittelwert der Arbeit A
erhält
man den

Das Quadrat der Schwankung eines Parameters ist
also
im Mittel so groß, daß die äußere Arbeit A, welche man
bei
strenger Gültigkeit der Thermodynamik anwenden müßte,
um
den Parameter bei konstanter Energie des Systems
von
0 auf 0 + zu verändern, gleich T ist (also gleich
dem
dritten Teil der mittleren kinetischen Energie eines

Führt man für R und N die Zahlenwerte ein, so erhält
man

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Wir wollen nun das gefundene Resultat auf einen kurz ge-
schlossenen
Kondensator von der (elektrostatisch gemessenen)
Kapazität
c anwenden. Ist die Spannung (elektrostatisch),
welche
der Kondensator im Mittel infolge der molekularen
Unordnung
annimmt, so

Wir nehmen an, der Kondensator sei ein Luftkondensator
und
er bestehe aus zwei ineinandergeschobenen Plattensystemen
von
je 30 Platten. Jede Platte habe von den benachbarten
des
anderen Systems im Mittel den Abstand 1 mm. Die Größe
der
Platten sei 100 cm2. Die Kapazität c ist dann ca. 5000.
Für
gewöhnliche Temperatur erhält man

In Volt gemessen erhält

Denkt man sich die beiden Plattensysteme relativ zu-
einander
beweglich, so daß sie vollständig auseinander ge-
schoben
werden können, so kann man erzielen, daß die Kapazität
nach
dem Auseinanderschieben von der Größenordnung 10 ist.

Nennt man die Potentialdifferenz, welche durch das Aus-
einanderschieben
aus p entsteht, so hat

Schließt man also den Kondensator bei zusammengescho-
benen
Plattensystemen kurz, und schiebt man dann, nachdem
die
Verbindung unterbrochen ist, die Plattensysteme ausein-
ander
, so erhält man zwischen den Plattensystemen Spannungs-
differenzen
von der Größenordnung eines halben

Es scheint mir nicht ausgeschlossen zu sein, daß diese
Spannungsdifferenzen
der Messung zugänglich sind. Falls man
nämlich
Metallteile elektrisch verbinden und trennen kann,
ohne
daß hierbei noch andere unregelmäige Potentialdiffe-
renzen
von gleicher Größenordnung wie die soeben berechneten
auftreten
, so muß man durch Kombination des obigen Platten-
kondensators
mit einem Multiplikator zum Ziele gelangen
können
. Es wäre dann ein der Brownschen Bewegung ver-
wandtes
Phänomen auf dem Gebiete der Elektrizität gegeben,
daß
zur Ermittelung der N benutzt werden

Bern, Dezember

(Eingegangen 12. Dezember 1906.)

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