Kísérleti beállítás két, vákuumban egymással mereven összekötött koaxiális hengerből áll, amelyek tengelye mentén ezüsttel bevont platinaszál van kifeszítve. Kis sugarú henger r függőleges nyílása van. Ha elektromos áramot vezetünk át a meneten, az felmelegszik, az ezüst elpárolog, atomjai átrepülnek a résen és lerakódnak egy nagy sugarú hengerre. R, keskeny rés képét alkotva keskeny megfeketedett ezüstcsík formájában. A kép megváltozik, ha a berendezést w szögsebességgel forgatják. A rés képe kifejezett maximummal homályos lesz. Ez azt sugallja, hogy az ezüstatomok sebessége nem egyenlő, aminek eredményeként különböző időpontokban futni, és ahogy a henger forog, különböző pontokon éri el a felületét. A maximum jelenléte a feketedésben azt jelzi, hogy van egy bizonyos legvalószínűbb ezüstatom sebesség. Ugyanakkor egyszerű számítások lehetővé teszik a sebesség becslését v ezüst atomok. A hengerek felületei közötti atomok repülési idejének egyenlővé tétele azzal az idővel, amely alatt egy nagy henger felületén lévő pontok eltolódnak x kapunk:

BROWN Robert (), angol botanikus Leírta a magot növényi sejtés a petesejt szerkezete. 1828-ban megjelentette a „Rövid jelentés a mikroszkóppal végzett megfigyelésekről...” című könyvét, amelyben leírta az általa felfedezett Brown-részecskék mozgását. Leírta a növényi sejt magját és a petesejt szerkezetét. 1828-ban megjelentette a „Rövid jelentés a mikroszkóppal végzett megfigyelésekről...” című könyvét, amelyben leírta az általa felfedezett Brown-részecskék mozgását.

A Brown-mozgás a folyadékban vagy gázban szuszpendált részecskék hőmozgása. A jelenséget a vízben szuszpendált mohaspórák mikroszkóppal történő vizsgálatával figyelte meg. A Brown-mozgás soha nem áll le; a részecskék véletlenszerűen mozognak. Ez a hőmozgás.

PERRIN Jean Baptiste (), francia fizikus. Perrin kísérleti vizsgálatai a Brown-mozgásról () végül bebizonyították a molekulák létezésének valóságát. Nobel-díj (1926).

Perrin kísérletei Brown-részecskéket figyeltek meg nagyon vékony rétegek folyadékok Arra a következtetésre jutottak, hogy a részecskék koncentrációjának a gravitációs térben a magassággal csökkennie kell ugyanazon törvény szerint, mint a gázmolekulák koncentrációja. Előnye, hogy a nagy tömeg miatt gyorsabban keletkezik a Brown-részecskék tömege. Ezen részecskék száma alapján különböző magasságúak az Avogadro konstans új módon történő meghatározásával.

MAXWELL James Clerk ((), angol fizikus, a klasszikus elektrodinamika megalkotója, a statisztikus fizika egyik megalapítója Maxwell nyilatkozott elsőként a természettörvények statisztikai természetéről, aki 1866-ban fedezte fel az első statisztikai törvényt, a a molekulák sebesség szerinti eloszlásának törvénye (Maxwell-eloszlás).

Ludwig BOLZMANN osztrák fizikus, a statisztikus fizika és fizikai kinetika egyik megalapítója. Levezette a róla elnevezett eloszlási függvényt és a gázok kinetikai alapegyenletét. Boltzmann általánosította a molekulák sebességének eloszlásának törvényét a külső gázokban erőtér, és felállított egy képletet a gázmolekulák koordináták mentén történő eloszlására tetszőleges potenciálmező jelenlétében ().

Otto STERN (), fizikus. Németországban született, 1933 óta az Egyesült Államokban él. Otto Stern mérte (1920) a gázmolekulák hőmozgásának sebességét (Stern kísérlete). Kísérleti elhatározás A gázmolekulák hőmozgásának sebessége, amelyet O. Stern végzett, megerősítette a gázok kinetikai elméletének alapjainak helyességét. Nobel-díj, 1943.

Stern kísérlete A hengerek állandó szögsebességgel kezdtek forogni. Most a résen áthaladó atomok már nem közvetlenül a réssel szemben helyezkedtek el, hanem egy bizonyos távolsággal elmozdultak, mivel repülésük során a külső henger egy bizonyos szögben elfordult. Amikor a hengerek együtt forognak állandó sebesség, a külső hengeren lévő atomok által alkotott csík helyzete egy bizonyos távolsággal eltolva.

Stern kísérlete A hengerek sugarának, forgási sebességének és az elmozdulás nagyságának ismeretében könnyen megállapítható az atomok mozgási sebessége. Az atom t repülési idejét a réstől a külső henger faláig úgy kaphatjuk meg, hogy az atom által megtett utat elosztjuk a hengerek sugarainak különbségével az atom sebességével v. Ezalatt a hengerek egy φ szögben forogtak, melynek értéke az ω szögsebesség t idővel való megszorzásával érhető el. Az R 2 külső henger elfordulási szögének és sugarának ismeretében könnyen megtalálhatjuk az L elmozdulás értékét, és olyan kifejezést kaphatunk, amelyből az atom mozgási sebessége kifejezhető.

Gondoljunk csak... Stern kísérletének többszöri megismétlése lehetővé tette annak megállapítását, hogy a hőmérséklet emelkedésével a szalag legnagyobb vastagságú szakasza eltolódik a kezdet felé. Mit jelent ez? Válasz: a hőmérséklet emelkedésével a molekulák sebessége nő, és ekkor a legvalószínűbb sebesség a magas hőmérséklet tartományában van.

15. előadás

Molekuláris fizika

Kérdések

1. Az ideális gázmolekulák sebesség és energia szerinti eloszlásának Maxwell-törvénye.

2. Ideális gáz egyenletes gravitációs térben.

Barometrikus képlet. Boltzmann-eloszlás.

3. Az ütközések átlagos száma és a molekulák átlagos szabad útja.

4. Átadási jelenségek gázokban.

1. A molekulaeloszlás Maxwell-törvénye

ideális gáz sebesség és energia szempontjából

Egyensúlyi állapotban lévő gázban a molekulák stacionárius sebességeloszlása ​​jön létre, amely megfelel a Maxwell-törvénynek.

Clausius egyenlet
, (1)

Mengyelejev–Clapeyron egyenlet


(2)

, (3)

azok. A négyzetes középsebesség arányos a gáz abszolút hőmérsékletének négyzetgyökével.

Maxwell törvényét a függvény írja le f(v), hívják molekuláris sebesség eloszlási függvény . Ha a molekula sebességtartományát kis intervallumokra osztjuk egyenlő d-vel v, akkor minden sebességintervallumhoz bizonyos számú molekula lesz d N(v), amelynek sebessége ebben az intervallumban van. Funkció f(v) határozza meg a molekulák relatív számát d N(v)/N, amelyek sebessége a tól tartományba esik v hogy v+ d v, azaz

Maxwell-féle sebességeloszlási függvény

, hol
.

Maxwell a valószínűségszámítás módszereivel találta meg a függvényt f(v) –Az ideális gázmolekulák sebesség szerinti eloszlásának törvénye:

. (4)

Molekulák relatív száma d N(v)/N, melynek sebessége a től től tartományba esik v hogy v+ d v, a d sáv területeként található S. Az eloszlási görbe és az x tengely által határolt terület eggyel egyenlő. Ez azt jelenti, hogy a függvény f(v) kielégíti a normalizálási feltételt

. (5)

Valószínűleg sebességv v az a sebesség, amelynek közelében a legnagyobb számú molekula van egységnyi sebességintervallumonként.

Átlagos molekula sebesség(számtani átlagsebesség):

(7)

RMS sebesség
(8)

A (6) képletből az következik, hogy a hőmérséklet növekedésével a molekula sebességeloszlási függvény maximuma jobbra tolódik el (a legvalószínűbb sebesség értéke nagyobb lesz). A görbe által határolt terület azonban változatlan marad, ezért a hőmérséklet emelkedésével a molekula sebesség-eloszlási görbéje nyúlik és csökken.

Szigorú tapasztalat

A belső henger tengelye mentén egy ezüstréteggel bevont platinahuzalt feszítenek ki egy réssel, amelyet árammal melegítenek, miközben a levegőt kiszívják. Melegítéskor az ezüst elpárolog. A résen átrepülő ezüstatomok a második henger belső felületére esnek, így képet adnak a résről. Ha az eszközt a hengerek közös tengelye körül forgatjuk, akkor az ezüst atomok nem telepednek le a résre, hanem egy bizonyos távolságra elmozdulnak. A rés képe homályosnak tűnik. A lerakódott réteg vastagságának vizsgálatával meg lehet becsülni a molekulák sebességeloszlását, amely megfelel a Maxwell-eloszlásnak.

. (9)

2. Ideális gáz egyenletes gravitációs térben. Barometrikus képlet. Boltzmann-eloszlás

Ha nem lenne hőmozgás, akkor a légköri levegő összes molekulája a Földre esne; Ha nem lenne gravitáció, a légköri levegő szétszóródna az Univerzumban. A gravitáció és a hőmozgás olyan állapotba hozza a gázt, amelyben koncentrációja és nyomása a magassággal csökken.

Megkapjuk a nyomásváltozás törvényét a magassággal.

Nyomáskülönbség rÉs p+ d p megegyezik egy alapterületű palack térfogatában lévő gáz tömegével, egyenlő eggyel, és magasság d h

p– (p+ d p) =  g d h
d p = – g d h (10)

Az ideális gáz állapotegyenletéből:

(11)

(11)
(10)

, (12)

Ahol rÉs r 0 – gáznyomás magasságban hÉs h= 0.

A (12) képletet ún barometrikus. Ebből következik, hogy a nyomás exponenciális törvény szerint csökken a magassággal.

A barometrikus képlet lehetővé teszi a magasság meghatározását h barométer segítségével. Egy speciálisan a tengerszint feletti magasság közvetlen mérésére kalibrált barométert neveznek magasságmérő. Széles körben használják a repülésben és a hegymászásban.

A barometrikus képlet általánosítása

, mert
.

, Boltzmann-eloszlás(13)

Ahol nÉs n 0 – a molekulák koncentrációja a magasságban h0 és h= 0 ennek megfelelően.

Különleges esetek

1.

, azaz A hőmozgás hajlamos a részecskéket egyenletesen szétszórni a teljes térfogatban.

2.

(hőmozgás hiánya), i.e. minden részecske minimális (nulla) potenciális energiájú állapotot foglalna el (a Föld gravitációs tere esetén a molekulák a Föld felszínén gyűlnének össze).

3. Az ütközések átlagos száma és a molekulák átlagos szabad útja

A molekulák átlagos szabad útja az az út, amelyet egy molekula bejár két egymást követő ütközés között más molekulákkal.

Hatékony molekulaátmérőd az a legkisebb távolság, amelyen két molekula középpontja ütközéskor találkozik.

Év. Az élmény az elsők között volt gyakorlati bizonyítékok az anyag szerkezetének molekuláris kinetikai elméletének konzisztenciája. Közvetlenül mérte a molekulák hőmozgásának sebességét, és megerősítette a gázmolekulák sebesség szerinti eloszlását.

A kísérlet elvégzéséhez Stern két különböző sugarú hengerből álló eszközt készített, amelyek tengelye egybeesett, és egy ezüstréteggel bevont platinahuzalt helyeztek rá. A hengerek belsejében a levegő folyamatos pumpálásával kellően alacsony nyomást tartottak fenn. Amikor elektromos áramot vezettek át a vezetéken, az ezüst olvadáspontja elérte az ezüst olvadáspontját, aminek következtében az ezüst elkezdett párologni, és az ezüstatomok egyenletesen és egyenesen, sebességgel repültek a kis henger belső felületére. v, amelyet a platinahuzal melegítési hőmérséklete, azaz az ezüst olvadáspontja határozza meg. A belső hengerben keskeny rés készült, amelyen keresztül az atomok akadálytalanul repülhettek tovább. A hengerek falait speciálisan hűtötték, ami hozzájárult a rájuk eső atomok leülepedéséhez. Ebben az állapotban a nagy henger belső felületén egy meglehetősen átlátszó keskeny ezüst plakett csík alakult ki, amely közvetlenül a kis henger résével szemben helyezkedik el. Ezután az egész rendszer egy bizonyos kellően nagy szögsebességgel forogni kezdett ω . Ugyanakkor a raidcsík oldalra tolódott, ellenkező irányba forgás, és elveszett a tisztaság. Az elmozdulás mérésével s a csík legsötétebb részét a rendszer nyugalmi helyzetéből kiindulva Stern meghatározta a repülési időt, ami után meghatározta a molekulák mozgási sebességét:

$t=\backslash frac(s)(u)=\backslash frac(l)(v)\; \backslash Rightarrow\; v=\backslash frac(ul)(s)=\backslash frac(\backslash omega\; R\_(nagy)\; (R\_(nagy)-R\_(kicsi\; )))(s)$,

Ahol s- csíkeltolás, l- a hengerek közötti távolság, és u- a külső henger pontjainak mozgási sebessége.

Az így talált ezüstatomok mozgási sebessége egybeesett a molekulakinetikai elmélet törvényei szerint számított sebességgel, és az a tény, hogy a kapott csík elmosódott, arról tanúskodott, hogy az atomok sebessége eltérő és eloszlása ​​szerint egy bizonyos törvény - Maxwell eloszlási törvénye: atomok, a gyorsabban mozgó atomok a nyugalmi állapotban kapott csíkhoz képest kisebb távolságra tolódnak el, mint a lassabban mozgók.

Írjon véleményt a "Stern Experience" cikkről

Irodalom

• Rövid szótár fizikai kifejezések/ Összeg. A. I. Bolsun, rektor. M. A. Eljasevics. - Mn. : Felsőiskola, 1979. - P. 388. - 416 p. - 30.000 példány.

Linkek

• Landsberg. Alapfokú fizika tankönyv. 1. kötet. Mechanika. Hő. Molekuláris fizika. - 12. kiadás - M.: FIZMATLIT, 2001. - ISBN 5-9221-0135-8.
• Internet iskola Prosveshchenie.ru.(Orosz) (elérhetetlen link - történet) . Letöltve: 2008. április 5.
• Szigorú tapasztalat- cikk a Great Soviet Encyclopedia-ból.

A Stern-kísérletet jellemző részlet

Így hát most az ágyán feküdt, nehéz, nagy, eltorzult fejét gömbölyded karjára támasztva, és nyitott szemmel gondolta, hogy a sötétségbe néz.
Mivel Bennigsen, aki levelezett az uralkodóval és a főhadiszálláson a legnagyobb hatalommal rendelkezett, elkerülte őt, Kutuzov nyugodtabb volt abban az értelemben, hogy ő és csapatai nem kényszerülnek arra, hogy újra részt vegyenek a haszontalan. támadó akciók. A Kutuzov számára fájdalmasan emlékezetes tarutinói csata és előestéjének tanulsága is hathatott volna, gondolta.
„Meg kell érteniük, hogy csak akkor veszíthetünk, ha támadóan cselekszünk. Türelem és idő, ezek az én hőseim!” – gondolta Kutuzov. Tudta, hogy nem szabad almát szedni, amíg zöld. Éretten magától leesik, de ha zölden szeded, elrontod az almát és a fát, és a fogaidat is tönkreteszed. Tapasztalt vadászként tudta, hogy az állat megsebesült, megsebesült, hiszen csak az egész orosz haderő képes megsebesülni, de hogy halálos-e vagy sem, az még nem tisztázott kérdés. Most Lauriston és Berthelemy küldeményei és a partizánok jelentései szerint Kutuzov majdnem tudta, hogy halálosan megsebesült. De több bizonyítékra volt szükség, várnunk kellett.
„Szökni akarnak, hogy megnézzék, hogyan ölték meg. Várj és meglátod. Minden manőver, minden támadás! - gondolta. - Miért? Mindenki kiváló lesz. Biztos van valami szórakoztató a harcban. Olyanok, mint a gyerekek, akiktől nem lehet észhez térni, ahogy az is történt, mert mindenki be akarja bizonyítani, hogyan tud harcolni. Most nem ez a lényeg.
És mindezek milyen ügyes manővereket kínálnak nekem! Úgy tűnik nekik, hogy amikor két-három balesetet találtak ki (emlékezett általánosságban Szentpétervárról), mindet ők találták ki. És mindegyiknek nincs számuk!”
A megválaszolatlan kérdés, hogy a Borodinóban ejtett seb végzetes-e vagy sem, Kutuzov feje fölött egy egész hónapja lógott. Egyrészt a franciák elfoglalták Moszkvát. Másrészt Kutuzov kétségtelenül egész lényével úgy érezte, hogy végzetesnek kellett volna lennie annak a szörnyű csapásnak, amelyben az egész orosz néppel együtt minden erejét megfeszítette. De mindenesetre bizonyíték kellett, és már egy hónapja várt rá, és minél tovább telt az idő, annál türelmetlenebb lett. Álmatlan éjszakáin az ágyán feküdt, ugyanazt tette, amit ezek a fiatal tábornokok, amiért szemrehányást tett nekik. Minden lehetséges eshetőséget kitalált, amelyben Napóleonnak ez a bizonyos, már beteljesült halála megnyilvánulna. Ugyanúgy találta ki ezeket az esetlegességeket, mint a fiatalok, csak annyi különbséggel, hogy nem alapozott semmit ezekre a feltételezésekre, és nem kettőt-hármat, hanem ezreket látott. Minél tovább gondolkodott, annál többen jelentek meg. Előállt a napóleoni hadsereg mindenféle megmozdulásával, annak egészével vagy egy részével - Szentpétervár felé, ellene, megkerülve, előállt (amitől a legjobban félt) és annak esélyével, hogy Napóleon harcolni fog. a saját fegyvereivel, hogy Moszkvában maradjon, és várja őt. Kutuzov még azt is megálmodta, hogy Napóleon serege visszaköltözik Medynhez és Juhnovhoz, de egy dolgot nem láthatott előre, az volt, ami történt, Napóleon hadseregének őrült, görcsös rohanását moszkvai beszéde első tizenegy napjában – a dobás, amivel sikerült. lehetséges valami, amire Kutuzov még akkor sem mert gondolni: a franciák teljes kiirtására. Dorokhov jelentései Broussier hadosztályáról, a partizánoktól érkező hírek Napóleon hadseregének katasztrófáiról, pletykák a Moszkvából való indulás előkészületeiről – minden megerősítette azt a feltételezést, hogy a francia hadsereg vereséget szenvedett és menekülni készül; de ezek csak feltevések voltak, amelyek a fiatalok számára fontosnak tűntek, de Kutuzovnak nem. Hatvan éves tapasztalatával tudta, mekkora súlyt kell tulajdonítani a pletykáknak, tudta, hogy az emberek, akik akarnak valamit, mennyire képesek az összes hírt úgy csoportosítani, hogy megerősítsék azt, amit akarnak, és tudta, hogy ebben az esetben hogyan. hiányzik minden, ami ellentmond. És minél jobban akarta ezt Kutuzov, annál kevésbé engedte meg magának, hogy elhiggye. Ez a kérdés minden lelki erejét lefoglalta. Minden más csak az élet szokásos beteljesülése volt számára. Az élet ilyen megszokott beteljesülése és alárendeltsége volt a munkatársakkal folytatott beszélgetései, a m me Staelnek írt levelei, amelyeket Tarutinból írt, regények olvasása, díjak kiosztása, levelezése Szentpétervárral stb. n. De a franciák halála, amelyet egyedül ő látott előre, volt az egyetlen vágya. gázok kinetikai elmélete . A kísérletben vizsgált gáz ritkított ezüstgőz volt, amelyet egy platinahuzalra lerakódott ezüstréteg elpárologtatásával kaptak, amelyet melegítettek. áramütés. A huzal egy edényben helyezkedett el, amelyből a levegőt kiszivattyúzták, így az ezüstatomok szabadon szóródtak minden irányba a vezetékről. A repülő atomok keskeny sugárnyalábjának eléréséhez egy réssel ellátott akadályt helyeztek az útjukba, amelyen keresztül az atomok egy szobahőmérsékletű sárgaréz lemezre estek. Az ezüstatomok keskeny csík formájában rakódtak le rá, és a rés ezüst képét alkották. Egy speciális eszközzel az egész készüléket gyors forgásba állítottuk a lemez síkjával párhuzamos tengely körül. Az eszköz forgása miatt az atomok egy másik helyre estek a lemezen: miközben elrepültek. l a réstől a lemez felé a lemez elmozdult. Az elmozdulás a készülék w szögsebességével növekszik és a sebesség növekedésével csökken v ezüst atomok. Ismerve w És l, meg lehet határozni v. Mert az atomok együtt mozognak különböző sebességeket, a csík elmosódik, ahogy az eszköz forog, és szélesedik. A lerakódás sűrűsége egy adott helyen a csíkon arányos az adott sebességgel mozgó atomok számával. A legnagyobb sűrűség az atomok legvalószínűbb sebességének felel meg. ben érkezett Szigorú tapasztalat a legvalószínűbb sebesség értékei jó összhangban vannak az alapján kapott elméleti értékkel Maxwell eloszlás molekulák sebesség szerint.

Cikk a "szóról" Szigorú tapasztalat"Bolsojhoz Szovjet Enciklopédia eddig 5744 alkalommal nézték meg