Măsurarea vitezei moleculelor de gaz

Cunoscând temperatura, putem calcula cu ușurință energia cinetică medie a moleculelor de gaz. După aceea, se calculează cu ușurință viteza medie a moleculei. Este posibil să se măsoare viteza? După moleculele sunt atât de mici!
Viteza medie a mișcării termice a moleculelor. Ecuația (9.9) face posibilă pentru a găsi viteza medie pătrată a mișcării moleculelor. Substituind în această ecuație obținem o expresie pentru viteza medie pătrat:

Rădăcina pătrată din această cantitate se numește viteza medie pătratică:

Prin calcularea formulei (9.12), viteza de molecule, cum ar fi azot, la t = 0 ° C, obținem. Moleculele de hidrogen, la aceeași temperatură au o viteză medie.
Când au fost mai întâi obținute prin aceste numere (a doua jumătate din XIX.), Au fost uimiți de mulți fizicieni. Viteza de molecule de gaz au fost estimate mai mult de obuze de artilerie de viteză! Pe această bază, și-a exprimat chiar și îndoieli cu privire la validitatea teoriei cinetice. Este cunoscut faptul că mirosurile răspândit destul de încet: este nevoie de ordinea de timp de zeci de secunde pentru a mirosi parfumul vărsat într-un colț al camerei, extins la celălalt colț. Nu este greu de explicat. Datorită coliziunea a traiectoriei molecule a fiecărei molecule este o polilinie complexă (figura 9.4). moleculă mare are viteza pe porțiuni drepte înclinate. Mutarea aceeași moleculă într-o anumită direcție este mică chiar și în mijlocul timpului de câteva minute. Se pare că, atunci când mutați o moleculă de la punctul A la punctul B, a trecut calea este mult mai lungă distanță AB.

Determinarea experimentală a vitezelor moleculare. Experimentele pentru a determina viteza moleculelor dovedit validitatea formulei (9.12). Unul dintre experimente a fost propus și implementat de către O. Stern în 1920
Dispozitiv Stern este format din doi cilindri coaxiali A și B. rigid conectate între ele (ris.9.5, a). Cilindrii poate fi rotit cu o viteză unghiulară constantă. De-a lungul axei mici a cilindrului este subțiat sârmă de platină C, acoperit cu un strat de argint. Prin firul este trecut curent electric. În peretele cilindrului există un spațiu îngust O. Aerul este evacuat din cilindru. Cilindrul B este la temperatura camerei.

Inițial, dispozitivul este staționar. Când firul curent pe stratul de argint este evaporat și cilindrul interior este umplut cu gaz de atomi de argint. Unii atomi de O trec prin fanta și ajunge la suprafața interioară a cilindrului B. depus pe acesta. Rezultatul este o fâșie îngustă de argint D direct împotriva fantei (ris.9.5 b).
Apoi, cilindrii sunt rotite cu un număr mare de rotații pe secundă n (până la 1500 1 / c). Acum, într-un timp t. atom necesar pentru calea de trecere diferență cilindru egal raza RB -RA. cilindrii sunt rotite printr-un anumit unghi. Ca rezultat al atomilor care se deplasează cu o viteză constantă, cad pe suprafața interioară a cilindrului mare nu este direct împotriva fantei O (ris.9.5, c) și la o distanță s de la capătul razei care trece prin mijlocul fantei (ris.9.5, d): pentru atomii muta rectiliniu.
Notând viteza unității de puncte de rotație ale suprafeței cilindrului exterior,

În realitate, nu toți atomii de argint au aceeași viteză. Prin urmare, distanța s pentru diferitele atomii vor fi oarecum diferite. Sub s să se înțeleagă distanța dintre porțiunile în fâșii cu cea mai mare concentrație de atomi de argint. Această distanță corespunde cu viteza medie a atomilor, care este egal cu:

Substituind în această ecuație valoarea timpului t din expresia (9.13), obținem

Știind n. RA și RB și măsurarea deplasării benzii medie de argint cauzată de rotația dispozitivului, este posibil să se găsească rata medie de atomi de argint.
viteze de module. determinate din experiență, coincide cu valoarea teoretică a vitezei medii pătrat. Aceasta servește ca dovadă experimentală a validității formulei (9.12) și, prin urmare, formula (9.9), conform căreia energia cinetică medie a moleculelor este direct proporțională cu temperatura absolută.
Viteza medie a moleculelor depășește viteza sunetului și a ajunge la sute de metri pe secundă. Aceste rate pot fi măsurate prin faptul că, corpurile macroscopice (cilindri din experiența Stern) pot fi raportate ca o viteză mai mare, care în timpul trecerii moleculelor între cilindrii sunt rotite printr-un unghi semnificativ.

.
1. De ce argint strat cu grosimea benzii pe suprafața exterioară a cilindrului rotativ din lățimea benzii Stern variază în funcție de?
2. Cum este viteza medie pătrată a moleculelor ca temperatura creste cu 4 ori?
3. Care sunt moleculele din atmosfera se misca mai repede: moleculele de molecule de azot și oxigen?

G.Ya.Myakishev, B.B.Buhovtsev, N.N.Sotsky 10 Fizică clasa

Colectarea de rezumate de lecții pentru toate clasele, teme, rezumate de download in fizica. cărți și manuale, în conformitate cu calendarul din planul de fizica pentru clasa a 10

Dacă aveți corecturi sau sugestii la această lecție, vă rugăm să ne contactați.

Dacă doriți să vedeți alte ajustări și sugestii pentru lecții, uita-te aici - Forumul Educațional.