Модуль 9. Скорости и молекул газов.

1. В параграфе учебника есть этот вывод!!!!

2. , при увеличении температуры в 2 раза средняя квадратичная скорость увеличиться в раз.

3. По формуле для скорости, полученной в пункте 2 делаем вывод: масса молекул кислорода больше, массы молекул азота, => молекулы кислорода движутся медленнее.

4. Устройство прибора Штерна схематически представлено на рис. 393. Прибор состоял из расположенного вертикально цилиндра, пространство внутри которого непрерывно откачивалось до очень низкого давления. По оси цилиндра располагалась платиновая нить А, покрытая тонким слоем серебра. При пропускании по платиновой нити электрического тока она нагревалась до температуры плавления серебра. Серебро начинало испаряться и его атомы летели к внутренней поверхности цилиндра прямолинейно и равномерно со скоростью v, отвечающей температуре платиновой нити. Щель В выделяла узкий пучок молекул (нить А и щель В выполняли роль ружья в рассмотренном выше примере). Стенка цилиндра специально охлаждалась, чтобы попадающие на нее молекулы «прилипали» к ней, образуя налет серебра. Сначала прибор покоился и по образующей М цилиндра получался налет серебра в виде узкой вертикальной полоски. Затем весь прибор приводился в быстрое вращение. Тогда, хотя прицел «молекулярного ружья» АВ был взят в ту же точку М, но цель двигалась и «пули» (молекулы) попадали уже не в точку М, а в точку N, лежащую позади нее. При вращении прибора налет серебра получался вдоль образующей N.

Вычислим длину s дуги МN. Она равна пути, проходимому точками цилиндра за время t полета молекулы от щели В до цилиндра, т. е. s=ut, где u — скорость движения точек цилиндра. С другой стороны,

Рис. 392. При неподвижном столике струя воды из сосуда падает в стакан. При вращении столика струя воды падает сзади стакана

Рис. 393. Схема прибора Штерна для определения скорости молекул паров металла. Если прибор вращается по часовой стрелке, то налет серебра получается в точке N
если обозначить скорость молекул через v, а расстояние BM через t, то t=l/v, так что s=ul/v, или v=ul/s.

Величина s измеряется по расстоянию между налетами металла при покоящемся и вращающемся цилиндре, скорость точек поверхности цилиндра u и расстояние l тоже могут быть измерены. Тогда, пользуясь последней формулой, можно найти скорость молекул. Таким образом были измерены скорости молекул паров некоторых металлов.

5.Ширина полоски из серебра при неподвижной установке составила 0,4 мм. При вращении установки смещение полоски также не превысило нескольких долей миллиметра (0,035 – 0,063 см). По величине смещения полоски серебра была определена скорость движения атомов, которая составила около 600 м/с [17, с.147 ].

Другим важным результатом опыта О. Штерна явилось то, что полоска серебра при вращении прибора приобрела принципиально другой вид. Оказалось, что изображение щели не просто сместилось, но оно стало еще и размытым. Если бы все атомы, вылетающие из нити, имели одинаковую скорость, то изображение щели на экране не изменилось бы по форме и размеру, а лишь немного бы сместилось в сторону. Размытость же полоски из серебра позволила О. Штерну сделать заключение о том, что вылетающие из раскаленной нити атомы движутся с разными скоростями. Атомы, движущиеся быстро, смещались меньше, чем атомы движущиеся с меньшей скоростью.

Возникла проблема определения скорости движения атомов серебра. В этой ситуации можно было определить только смещение для середины изображения щели и, соответственно, вычислить среднюю скорость движения атомов [ Ошибка! Недопустимый объект гиперссылки. ].

Температура нити в опытах О.Штерна равнялась 1225°С, что соответствует среднеквадратичной скорости = 588 м/с. О.Штерном для этого значения температуры были получены значения скорости движения атомов серебра от 560 до 640 м/с.

Изучение профиля полоски серебра позволило ученому сделать вывод о существовании наиболее вероятной средней скорости движения частиц (т.е. скорости с которой движется наибольшее число молекул).

С ростом температуры профиль полоски серебра смещался меньше, что убедительно свидетельствовало о зависимости средней скорости движения частиц от температуры металла.

Как видно, результаты опыта О.Штерна хорошо согласовались с предварительными теоретическими расчетами и выводами