Рефераты Методи експериментального визначення швидкостей молекул

Вернуться в Физика

Методи експериментального визначення швидкостей молекул
Методи експериментального визначення швидкостей молекул


Як же виміряти швидкість руху молекул, якщо самих молекул не видно і мікроскоп з максимальним збільшенням? Чи не фантазія це? Як одержати пучок молекул, що рахуються прямолінійно й рівномірно, щоб, вимірявши пройдений молекулами за певний час шлях, можна було визначити їх швидкість?

Вперше вдалося визначити експериментально швидкість руху молекул німецькому фізикові Отто Штерну з співробітниками в 1920 р.

Ви мабуть, не один раз тримали в руках електричну лампочку, яка перегоріла, і можливо звернули увагу на те, що її балончик часто буває вкритий темним нальотом. Цей наліт є не що інше, як найтонший шар металу, з якого виготовлена нитка розжарення. При нагріванні нитки з її поверхні безперервно вилітають атоми металі і, досягши стінок балона, ударяються об них і осідають, утворюючи темний наліт. Ось це явище і було використане вченими для вимірювання швидкості руху атомів і молекул.

Якщо з скляного балончика старанно відкачати повітря, щоб атоми металу за час польоту від нитки до стінки балона не встигли зіткнутися з молекулами повітря, то в цьому випадку шлях кожного атома відомий: він починається на поверхні нитки і закінчується на стінці балона. Щоб визначити швидкість руху атомів, досить лише знати час руху атома від нитки до стінки балона. Для визначення часу атома від нитки до стінки балона. Для визначення часу руху атомів О.Штерн скористався способом, аналогічним тому, який застосується при визначенні швидкості куль. Нагадаємо його суть. На спільну вісь насаджують два тонкі диски і закріплюють їх на відстані L один від одного. При нерухомій осі куля пробиває обидва диски так, що отвори лежать один проти одного. Якщо ж вісь обертається з постійною кутовою швидкість , то за час, поки куля рухатиметься від першого диска до другого, диски повернуться на певний кут і куля проб’є другий диск у точці, повернутій по відношенню до місця влучення в перший диск, на тук . Тоді час повороту дисків, а отже, і час польоту кулі між дисками дорівнюватиме (це випливає з означення кутової швидкості ), а швидкість польоту кулі становитиме . Усі величини у правій частині формули легко можна виміряти і, отже, обчислити швидкість.

Як бачите, все досить просто, і власне за цим же принципом визначається час польоту атомів у досліді Штерна. Однак молекули або атоми, звичайно, не пробивають отворів, а тому при досліді з молекулами отвори в дисках або, вірніше, у циліндрах роблять заздалегідь.

Прилад Штерна для визначення швидкості руху молекул складається з двох циліндрів різних діаметрів, встановлених один в другий так, щоб їх осі суміщалися. Внутрішній циліндр має ширину, розміщену вздовж твірної циліндра. Вздовж осі циліндрів натягується платинова дротина, яку можна було розжарювати електричним струмом. Повітря з циліндрів відкачується добрим високовакуумним насосом до високої міри розрідження. Весь прилад може обертатися навколо осі. Платинову дротинку вкривають сріблом. Коли по платиновій дротині пропускати електричний струм, то дротина розжарюється. І з її поверхні випаровуються атоми срібла. Вони пролітають крізь щілину першого циліндра й конденсуються (осідають) на стінці другого циліндра. Таким чином, виникає ніби зображення щілин, подібне до зображень, утворюваних під час малярних робіт за допомогою трафарета. Поки прилад перебуває в спокої, зображення щілини на стінці зовнішнього циліндра знаходиться саме проти щілини.

Якщо прилад обертати навколо осі з постійною швидкістю, то наліт срібла виявиться розміщеним не проти щілини, а дещо зміщеним у бік на величину

Добавить в Одноклассники    

 

Rambler's Top100