Опытное определение скоростей молекул

§22.Опытное определение скоростей движения молекул

1. Опыт Штерна

Отто Штерн

• (1888-1969)
• Немецкий физик
• Первым исследовал скорости движения молекул газа были измерены в 1920г.

Экспериментальная установка, состояла из двух цилиндров А и В с общей осью вращения. В стенке цилиндра А была сделана узкая щель С, вдоль оси цилиндра натянута тонкая платиновая проволока Опокрытая слоем серебра. Воздух из цилиндра откачивался.

При прохождении по проволоке электрического тока она нагревалась, слой серебра испарялся и внутренний цилиндр заполнялся газом из атомов серебра. Некоторые атомы проходили через щель и оседали на внутренней поверхности цилиндра В напротив щели(рис.62, а). Осадок имел формулу полоски (рис.63, а).Когда цилиндры приводили во вращение с одинаковой угловой скоростью, атомы серебра осаждались на внутренней поверхности цилиндра В уже не напротив щели, а на некотором расстоянии s от плоскости, напыленной при неподвижных цилиндрах (рис.62, б).

Наиболее вероятная скорость - это скорость, вблизи которой на единичный интервал скоростей приходится наибольшее число молекул.

Если частота вращения цилиндров n , радиус внутреннего цилиндра , радиус внешнего цилиндра , смещение атомов s , то скорость их движения равна: 𝜐 = t = , u – линейная скорость точек поверхности цилиндра В .

Так как u = 2 , то n =

2. Распределение молекул по скоростям

Закон распределения молекул по скоростям установил английский физик Максвелл в 1859г.

График распределения молекул по скоростям.

По оси абсцисс отложены значения скоростей молекул; по оси ординат - доля молекул, обладающих скоростями, значения которых лежат в интервале ∆ 𝜐, отнесенная к ширине интервала скоростей ∆𝜐, т.е. , где N – число молекул в некотором объеме газа, – число молекул, скорости которых лежат в интервале ∆𝜐.

=

При повышении температуры максимум графика смещается в область больших значений скорости, при понижении температуры – в область меньших.

Джеймс Клерк Максвелл

• (1831 -1879)
• Английский физик
• Создатель теории электромагнитного поля, является одним из основателей кинетической теории газов
• Установил статистический смысл второго начала термодинамики
• Создатель электромагнитного поля

Определения скоростей молекул (выводы):

• Распределение молекул по скоростям подчиняется определенным закономерностям; оно постоянно во времени при неизменных внешних условиях.
• Значения скоростей большинства молекул близки к некоторому значению, называемому наиболее вероятным.
• При повышении температуры скорость молекул возрастает, максимум кривой распределения смещается в область больших значений скоростей.

3. Средний квадрат скорости

=

Квадратный корень из этой величины называют средней квадратичной скоростью.

Если модуль скорости некоторой молекулы равен 𝜐, то проекции скорости на координатные оси равны соответственно

Квадрат модуля скорости равен сумме квадратов его проекций:

+ + .

= + +

Молекулы движутся хаотически, поэтому направления осей OX, OY, OZ равноправны, т.е. можно считать, что среднее значение квадратов проекций скорости равны друг другу.