«Опыт теории упругости воздуха»
Кинетическая теория газов изложена Ломоносовым в основной работе «Опыт теории упругости воздуха» (1748). В этом сочинении Ломоносов разработал кинетическую модель идеального газа. Она в ряде основных черт совпадает с моделью, которая была затем принята в физике. Главное отличие модели Ломоносова от принятой впоследствии заключалось в механизме взаимодействия. Ломоносов не считал молекулы воздуха упругими шариками, как это было принято в кинетической теории газов в XIX в. Это объяснялось его взглядами на теплоту как на вращательное движение, а с другой стороны, тем, что Ломоносов считал молекулами газа «нечувствительные частички», которые, как он полагал, были «кирпичами» мироздания, лишенными физического строения, абсолютно твердыми и неделимыми. Поэтому он не мог принимать их упругими, так как в этом случае ему пришлось бы объяснять их упругость, значит, рассматривать их как объекты, обладающие определенным строением, что противоречило признанию их «кирпичами мироздания». Ломоносов предположил, что частицы отталкиваются друг от друга так же, как отталкиваются два вращающихся волчка, когда они соприкасаются. Вращение же частичек газа обусловливается тем, что газ всегда нагрет до определенной температуры. Построив модель газа, Ломоносов объясняет с ее помощью ряд явлений. Так, например, он объяснил зависимость, существующую между объемом и упругостью воздуха, т. е. закон Бойля — Мариотта. При этом Ломоносов отметил, что для сильно сжатого воздуха этот закон не соблюдается, и правильно указал одну из причин этого — конечный размер молекул воздуха. Как известно, эта идея Ломоносова была применена во второй половине XIX в. Ван-дер-Ваальсом при выводе уравнения состояния реальных газов.
Представления о молекулярном строении газов, которые развивал Ломоносов, не являлись совсем новыми. До Ломоносова уже Даниил Бернулли, исходя из молекулярных представлений, объяснил закон Бойля — Мариотта. Однако следует отметить, что никто из предшественников Ломоносова не разработал так обстоятельно молекулярную модель газа и не связал ее с кинетической теорией теплоты, как он. Исследования Ломоносова по теории теплоты и газов были напечатаны в академических записках «Novi Commentarii» в 1750 г. Реакция на них была в основном отрицательная; теорию теплоты Ломоносова даже специально опровергал немецкий физик Арнольд, который защищал вещественную теорию теплоты. Теория теплоты Ломоносова обсуждалась и позже. Так, в солидном немецком физическом словаре Геллера «Geller's physikalische worterbuch», изданном в первой половине XIX в., встречается описание теории Ломоносова. При этом ей дается отрицательная оценка (правильной автор признает теорию теплорода).