Измерение скоростей газа

Измерение скоростей молекул газа

?

размеров молекул (материальные точки). Взаимодействием молекул пренебрегаем: взаимодействуют при столкновении, Ек Ер." width="640"

Повторение

?

Идеальный и реальный газ

Расстояния размеров молекул (материальные точки). Взаимодействием молекул пренебрегаем: взаимодействуют при столкновении, Ек Ер.

?

Давление газа р в МКТ

динамометр

Для чего используют данную модель ?

р

р 0

График ?

t

0

Идеальный газ

• 1. Идеальным газом называется…

Модель реального газа, где молекулы газа рассматривают как материальные точки, взаимодействие между которыми происходит только при столкновении.

• 2. Объясните своими словами содержание понятия «идеальный газ».
• 3. При каких условиях реальный газ можно заменить моделью «идеальный газ» ?
• 4. При каких условиях реальный газ нельзя считать идеальным ?

Подсказка :

концентрация, давление, температура.

• 5. Будут ли различаться физические свойства различных разреженных газов, если к ним применима одна и та же модель –идеальный газ ?

ИТОГО: Сила взаимодействия

Применимы ли такие графики при рассмотрении идеального газа ?

Сила отталкивания

Сила притяжения

Скорость молекул

?

30 º С 8 º С

• 1. В какой ёмкости температура выше?
• 2. Одинаковы ли скорости молекул: а) в разных сосудах; б)в одном и том же сосуде?

Распределение молекул по скоростям .

СПРАВКА Такое распределение справедливо для массовых процессов, характеризующихся внутренней хаотичностью: распределение людей по умственным и физическим способностям, материальному достатку, по росту, возрасту работающих, политическим пристрастиям на выборах (на графике отдельные точки), распределение одинаковых снарядов по дальности полёта при равных условиях. Статистика!

( д л я р а з н ы х т е м п е р а т у р )

Как изменится график при повышении температуры ?

Число молекул на единичный интервал скоростей

ν

0

Средняя скорость теплового движения молекул

При 0 º С

для молекул азота

для молекул водорода

Выведем формулу, по которой это было вычислено:

Е к =

Е =

Средняя квадратичная скорость

Внимание! Вопрос!

• 1. Средние скорости молекул превышают скорость звука и достигают сотен м/с. Почему же запах духов в комнате из одного угла в другой распространяется достаточно медленно (порядка десятков секунд) ?
• 2. Как изменится средняя квадратичная скорость движения молекул при увеличении температуры в 4 раза ?
• 3. Какие молекулы в атмосфере движутся быстрее: молекулы азота или молекулы кислорода ?

4

• 4. Во ск. раз υ кв молекул О 2 меньше, чем у Н 2 ? Температуры одинаковы.

2

М / N А

Как измерить скорости молекул газа

?

Конструируем установку

Скорости молекул разные!

Пуля Стрела

ПОДСКАЗКА

Линия прицеливания

s

t- ?

Принцип опыта по определению скоростей молекул

Молекул много, они очень малы. Следовательно, мишень не должна быстро уехать. Как сделать так, чтобы мишень всё время была перед стрелками , но при этом место попада-ния зависело от скорости «снаряда» ?

Опыт Штерна , 1920г.

3

4

• Стеклянный колпак
• Внешний цилиндр
• Внутренний цилиндр
• Щель
• Металлическая нить (платина)

5

6. Полая ось

7. Контактные кольца

8. Слой серебра

Место попадания самых быстрых молекул

Распределение молекул по скоростям

Самые медленные молекулы

СПРАВКА:

Коаксиальные цилиндры имеют общую ось.

Выведем формулу для средней скорости атомов

R В

s

φ

R А

Внимание! Вопрос!

• 1 . Почему в опыте Штерна полоска серебра: а) смещена; б) размыта по краям; в) неоднородна по толщине ?
• 2 . При вращении прибора Штерна с частотой 45 с ˉ¹ среднее смещение полоски серебра, обусловлен-ное вращением, составляло 1,12 см. Радиусы внутреннего и внешнего цилиндров равны 1,2 и 16 см. Найти среднюю квадратичную скорость атомов серебра из данных опыта и сравнить её с теоретическим значением, если температура накала платиновой нити равна 1500 К.

ОТВЕТЫ: 598 м/с ; 588 м/с

R= 8,31 Дж/(моль ∙ К)

Внимание! Вопрос!

R В

• * 3 . Какой скоростью обладала молекула паров серебра, если её угловое смещение в опыте Штерна составляло 5,4 º при частоте вращения прибора 150 с ˉ¹ ? Расстояние между внутренним и внешним цилиндрами равно 2 см.

s

ОТВЕТ:200 м/с

Щели формируют пучок. Диски с прорезями сортируют молекулы по скоростям. Угол между прорезями = α .

Объясните, а как действует эта установка?

Через прорези проходят частицы со скоростями υ + Δυ . Для того чтобы частица попала на детектор, она должна успеть за время t = α / ω пройти путь ℓ . υ =ℓ / t = ℓ ω / α

88 º ≤ α 2 ≤ 92 º ОТВЕТ: (450 ± 10)м/с" width="640"

Внимание! Вопрос!

• 1. Для чего в данном опыте используются вращающиеся диски ?
• 2. Докажите, что не существует преимущественного направления скорости молекул идеального газа.

• 3. Угол между прорезями во вращающихся дисках в опыте Штерна (№2) составляет 90 º . Прорезь образует угол 2 º . Средняя скорость частиц, попадающих в вакуумную камеру 450 м/с. В каком интервале скоростей детектор фиксирует частицы ?

υ = ℓ / t = ℓ ω / α

Расстояние между дисками ℓ и угловая скорость их вращения

не изменяются .

=

88 º ≤ α 2 ≤ 92 º

ОТВЕТ: (450 ± 10)м/с

ЕГЭ

1. Учительница вошла в класс. Ученик, сидящий на последней парте почувствовал запах её духов через 10 с. Скорость распространения запаха в комнате определяется, в основном скоростью

• испарения;
• диффузии;
• броуновского движения;
• конвекционного переноса

воздуха

ЕГЭ

2 . На рисунках I , II , III приведены зависимости силы взаимодействия между молекулами от расстояния между ними. Какая зависимость соот-ветствует реальному газу ?

II

F

F

III

F

I

0

r

0

r

0

r

• I ; 2) II ; 3) III ; 4) Ни одна из зависимостей

ЕГЭ

• В эксперименте получены данные, что при заданной температуре молекулы можно разбить на три группы, обладающие разными скоростями, и распределение по группам представляется в виде диаграммы. Считая, что в каждой группе молекулы движутся со скоростью, соответству-ющей середине интервала скоростей, оцените среднюю квадратичную скорость всех молекул.

1) 552 м/с; 2)600 м/с; 3) 663м/с; 4)1000м/с

Предварительные вопросы:

Как вы рассчитаете средний возраст членов вашей семьи ?

Как вы будете вычислять средний возраст учеников в классе, если их можно разбить на 3 возрастные группы: 15, 16 и 17 лет?

25% 50% 25%

υ ² = (200 ² ∙ 0,25 + 600 ² ∙ 0,5 + 1000 ² ∙0,25):1

0- 400 м/с 400- 800 м/с 800-1200 м/с

ЕГЭ

4. Воздух в комнате состоит из смеси газов: кислорода, углекислого газа, паров воды и др. Какие из физических параметров этих газов обязательно одинаковы при тепловом равновесии ?

1)температура;

2)парциальное давление

(давление каждого газа в

отдельности);

3)концентрация;

4)средний квадрат скорости

теплового движения

Использованная литература

• 1.Пурышева Н.С. и др. Физика. Рабочая тетрадь для 10 класса. – М.: Открытый мир, 1997. – 160 с.
• 2. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Сотский Н.Н. Физика -10. –М.: Просвещение, 2011.
• 3. Касьянов В.А. Физика -10.- М.: Дрофа, 2005.
• 4. Орлов В.А. ЕГЭ-2008. Физика. –М.: Интеллект-Центр, 2007.
• 5. Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 кл. – М.: Дрофа, 2002.

Печатать плакат

Электронное приложение к ж. «Физика» ИД «1 сентября», №11/11