Експериментальна перевірка закону розподілу Максвелла



ФІЗИКА

Частина 2 МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА І ТЕРМОДИНАМІКА

Розділ 4 ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНО-КІНЕТИЧНОЇ ТЕОРІЇ ГАЗІВ

4.8. Експериментальна перевірка закону розподілу Максвелла

Перше експериментальне визначення швидкостей молекул здійснив у 1920 р. О. Штерн. Прилад, використаний для цього, складався з двох коаксіальних циліндрів. На рис. 4.3 схематично зображено поперечний переріз приладу. По осі приладу натягнуто посріблену платинову дротину, що нагрівається електричним струмом. При цьому з її поверхні випаровуються атоми срібла. Швидкості

атомів, що випаровуються, відповідають температурі дротини. Покинувши дротину, атоми рухаються по радіальних напрямах. Щоб атоми срібла не відхилялися внаслідок зіткнень з молекулами повітря, всередині приладу створюють вакуум (тиск у приладі становив 133,3 ∙ 10-5 Па ). У внутрішньому циліндрі невеликого діаметра зроблено поздовжню щілину, крізь яку пучок атомів срібла (молекулярний пучок) вилітає в напрямі до зовнішнього циліндра радіуса R, на якому залишає слід у вигляді смуги атомів, що осядуть, і яка розташована проти щілини у разі нерухомих циліндрів. Якщо обидва циліндри обертатимуться з кутовою швидкістю ω
навколо їхньої спільної осі, перпендикулярної до напряму молекулярного пучка, то срібна пляма на зовнішньому циліндрі зміститься. Справді, поки частинки срібла летять від джерела О до зовнішнього циліндра у напрямі ОР, точка Р зміститься на деяку відстань s. Якщо радіус внутрішнього циліндра r, то відстань R – r атом срібла подолає при швидкості Експериментальна перевірка закону розподілу Максвелла за час t=Експериментальна перевірка закону розподілу Максвелла. При цьому зміщення плями становитиме s = ωRt, де ω – кутова швидкість обертання приладу. Час, протягом якого частинки пролітають у проміжку між циліндрами, становитиме t = (R-r)/ Експериментальна перевірка закону розподілу Максвелла або

Експериментальна перевірка закону розподілу Максвелла

Ліві частини рівностей однакові, тому однакові й праві частини:

Експериментальна перевірка закону розподілу Максвелла

Отже,

Експериментальна перевірка закону розподілу Максвелла

Експериментальна перевірка закону розподілу Максвелла

Рис. 4.3.

Таким чином, вимірявши зміщення плями s і кутову швидкість обертання приладу ω, можна визначити середню швидкість атомів Експериментальна перевірка закону розподілу Максвелла.

Оскільки молекули розподіляються за швидкостями за законом Максвелла, то й значення величини s матиме певний “розподіл”, унаслідок чого від частинок срібла слід буде дещо розмитим. Із розподілу густини нальоту можна вивести також закон розподілу молекул за швидкостями. Дослід О. Штерна показав, що теоретичні значення швидкості збігаються з визначеними експериментально. Для срібла, наприклад, швидкість атомів при кімнатній температурі дорівнює 650 м/с.

Отже, результати досліду О. Штерна підтвердили справедливість оцінки середньої швидкості атомів, яка випливає з розподілу Максвелла. Про характер цього розподілу дослід має лише наближені відомості.

Молекулярно-кінетична теорія газів була першим важливим кроком на шляху пізнання мікроструктури речовини. Наступний етап у розв’язанні цієї проблеми нової фізики, пов’язаний з встановленням внутрішньої будови атомів, розпочався з досліджень процесів у газорозрядних трубках, досліджень, які завершилися відкриттями рентгенівського випромінювання (1885 р.) та електрона (1897 р.) Дж. Томсоном.


1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (No Ratings Yet)
Loading...


Правила вживання знака м'якшення.
Ви зараз читаєте: Експериментальна перевірка закону розподілу Максвелла