Nende täpsus põhineb osalevate aatomite suurel arvul. Esimene näide (paramagnetism)

—

P??an ?eldut selgitada paari n?itega, mis on tuhandete hulgast juhuslikult valitud ja ei pruugi olla parimad, et meeldida lugejale, kes asjade sellise seisuga esimest korda tutvub – ?ppides tundma midagi, mis n??disf??sikas ja – keemias on niisama p?hiline, nagu bioloogias, ?tleme, t?siasi, et organismid koosnevad rakkudest, v?i astronoomias Newtoni seadused, v?i kasv?i t?isarvude 1, 2, 3, 4, 5, … jada matemaatikas. Kuid algaja ei peaks lootma, et m?ne j?rgneva lehek?lje varal hakkab ta t?ielikult m?istma teemavaldkonda, mis on seotud Ludwig Boltzmanni ja Willard Gibbsi kuulsate nimedega, ja mida ?pikutes k?sitletakse “statistilise termod?naamika” nimetuse all.

Kui t?idate pikliku klaastoru gaasilises olekus hapnikuga ja paigutate selle magnetv?lja, siis avastate, et gaas on magneetunud.7 Magneetumine on toimunud sellep?rast, et hapnikumolekulid on v?ikesed magnetid ja p??avad asetuda v?ljaga paralleelselt nagu kompassin?el. Kuid ?rge arvake, et nad k?ik asetuvad t?epoolest paralleelselt. Sest kui kahekordistate v?lja tugevust, on hapniku magneetumine kaks korda suurem, ja see j?tkub kuni ??rmiselt suurte v?ljatugevusteni: gaasi magneetumine suureneb v?rdeliselt rakendatava magnetv?lja tugevusega.

Joonis 1. Paramagnetism

See on puhtstatistilise seaduse eriti selge n?ide. Orientatsiooni, mida v?li p??ab tekitada, takistab pidevalt soojusliikumine, mis soodustab molekulide juhusliku suunaga asetust. Selle tendentsi tagaj?rjeks on tegelikult ?ksnes dipooltelgede ja v?lja suuna vaheliste teravnurkade v?ike ?lekaal n?rinurkade suhtes. Kuigi ?ksikute aatomite orientatsioon lakkamatult muutub, ilmneb keskmiselt (aatomite tohutu suure arvu t?ttu) v?ljasuunalise ja v?ljatugevusega v?rdelise orientatsiooni pidev v?ike ?lekaal. Selle teravmeelse seletuse on andnud prantsuse f??sik P. Langevin. Seda saab kontrollida j?rgmiselt. Kui t?heldatud n?rk magneetumine on t?epoolest v?istlevate tendentside tulemus – nendeks on magnetv?lja toime, mis p??ab k?ik molekulid asetada paralleelselt, ja soojusliikumise toime, mis orienteerib nad juhuslikult – , siis peaks olema v?imalik suurendada magnetiseerumist soojusliikumise n?rgemaks muutmise abil, see t?hendab, temperatuuri langetamisega magnetv?lja tugevdamise asemel. Seda kinnitab eksperiment, mis kvantitatiivses koosk?las teooriaga (Curie’ seadus) n?itab, et magneetumine on p??rdv?rdeline absoluutse temperatuuriga. N??disaegsed seadmed v?imaldavad temperatuuri alandades taandada soojusliikumise koguni nii t?htsusetuks, et magnetv?lja orienteeriv tendents p??seb maksvusele kui mitte t?iesti, siis igatahes piisavalt selleks, et tekitada gaasis m?rkimisv??rne “t?ielikult magnetiseeritud” osa. Sel juhul me ei eelda, et v?lja kahekordne tugevus magneetumist kahekordistaks, vaid v?ljatugevuse kasvades suureneb magneetumine ikka v?hem ja v?hem, l?henedes niinimetatud “k?llastumisele”. Ka seda ootusp?rast tulemust on katse kvantitatiivselt kinnitanud.

Pangem t?hele, et see k?itumine s?ltub t?ielikult molekulide suurest hulgast, mis j?lgitavat magneetumist tekitades ?heskoos toimivad. Vastasel juhul ei oleks magneetumine ?ldse konstantne, vaid annaks igal ajahetkel t?iesti ebaregulaarselt k?ikudes tunnistust soojusliikumise ja magnetv?lja v?istluse muutlikkusest.