скорость движения молекул. опыт штерна

Измерение скорости движения молекул. Опыт Штерна

Тема урока:

Цель урока:

Ход урока:

три положения

МКТ

_

Физические основы измерений

Прибор для измерений

Порядок проведения опыта

Способ нахождения скорости атомов

Распределение Максвелла

ИЗУЧИТЬ Сущность опыта О. ШтернаРаспределение МаксвеллаЦель урока:

Ход урока:


МКТ

_Тема урока:





Отто Штерн (нем. Otto Stern; 17 февраля 1888 — 17 августа 1969) — немецкий физик, лауреат Нобелевской премии по физике за 1943 год.


Джеймс Клерк М ксвелл (англ. James а́Clerk Maxwell; 13 июня 1831, Эдинбург — 5 ноября 1879, Кембридж) — британский физик и математик. Шотландец по происхождению. Член Лондонского королевского общества (1861).

1. Повторить основные положения МКТ

2. Физические основы измерений3. Конструктивные особенности

метода4. Закрепление изученного

материала.


МКТ



Ход урока:

План урока









три положения МКТ

1) все вещества состоят из мельчайших частиц — молекул (простейшие молекулы состоят из одного атома);

Ход урока:

2) молекулы находятся в непрерывном хаотическом тепловом движении;

3) между молекулами действуют силы, которые в зависимости от расстояния являются силами притяжения или отталкивания.








О. Штерн в 1920 г., воспользовавшись методом молекулярных пучков, изобретенным французским физиком Луи Дюнойе (1911 г.) измерил скорость газовых молекул и на опыте подтвердил полученное Д. Максвеллом распределение молекул газа по скоростям.

Ход урока:


МКТФизические

основы измерений

Результаты опыта Штерна подтвердили правильность оценки средней скорости атомов, которая вытекает из распределения Максвелла. О характере самого распределения этот опыт мог дать лишь весьма приближенные сведения.







Приборы и материалы, необходимые для постановки опыта, принципиальная

схема установки

Ход урока:


МКТФизические основы измерений

Для постановки опыта по измерению средней скорости движения молекул О. Штерн

спроектировал специальную установку. Прибор состоял из двух жестко соединенных

коаксиальных цилиндров с радиусами R и r. Во внутреннем цилиндре по оси была расположена платиновая нить А. Исследуемым газом в опыте

служили разреженные пары серебра.

Атомы получались при испарении слоя серебра, нанесённого на платиновую нить, нагревавшуюся электрическим током. Воздух в малом цилиндре

был откачан, поэтому испарившиеся атомы серебра свободно разлетались от нити во все

стороны.

Вдоль поверхности внутреннего цилиндра была вырезана узкая щель С. Рядом с щелью

располагалась диафрагма, которая позволяла "вырезать" из потока атомов серебра тонкий

пучок. В вакуумной камере большого цилиндра обеспечивалась высокая степень разреженности.

Вероятность столкновений атомов серебра с молекулами воздуха была очень мала.

На внутренней поверхности внешнего цилиндра помещалась съемная латунная пластинка В.

Пластинка имела комнатную температуру. На этой пластинке в области E атомы серебра,

охладившись, оседали в виде узкой серебренной полоски. Специальным устройством установка

могла приводиться во вращение вокруг собственной оси с частотой 25-45 оборотов в

секунду.








По платиновой нити, располагающейся по оси малого цилиндра, пропускался электрический ток. Нить нагревалась практически до температуры плавления серебра Тп = 1234° К, и серебро начинало испаряться. Часть атомов серебра проходило сквозь щель. Отфильтрованные диафрагмой, далее они двигались по радиальным направлениям к внутренней поверхности большого цилиндра прямолинейно и равномерно со скоростью, соответствующей температуре платиновой нити. Стенка большого цилиндра охлаждалась так, чтобы попадающие на нее атомы "прилипали" к ней, образуя налет серебра в форме щели, но немного больших размеров.

Ход урока:




Прибор приводился в быстрое вращение вокруг собственной оси с частотой 1500 - 2700 об/мин, каждый атом двигался прямолинейно, но за время, которое требовалось атому, чтобы, пройдя щель, долететь до латунной пластинки, последняя успевала повернуться на некоторый угол, и атом уже прилипал к ней не точно против щели, а несколько в стороне





Атом, двигаясь со скоростью υ, проходил расстояние:

Ход урока:



Способ нахождения скорости атомов серебра

где R и r – радиусы внешнего и внутреннего цилиндров, а τ – время прохождения этого расстояния. Любая точка внешнего цилиндра за это время проходила путь:


Решая эти уравнения совместно, О. Штерн определил среднюю скорость движения атомов:

Измеряя значения ω, R, r и S можно рассчитать среднюю скорость движения атомов серебра при температуре нити – Тн. Меняя температуру накала нити можно найти температурную зависимость скорости теплового движения атомов.

При вращении прибора по часовой стрелке налет серебра смещается.Толщина налета серебра определялась в опыте О.Штерна оптическим методом.





Ход урока:






Молекулы газа вследствие теплового движения испытывают многочисленные соударения друг с другом. При каждом соударении скорости молекул изменяются как по величине, так и по направлению. В результате в

сосуде, содержащем большое число молекул, устанавливается некоторое статистическое

распределение молекул по скоростям, зависящее от абсолютной температуры T. При этом все направления

векторов скоростей молекул оказываются равноправными (равновероятными), а величины

скоростей подчиняются определенной закономерности. Распределение молекул газа по величине скоростей

называется распределением Максвелла.

Если одновременно измерить скорости большого числа N молекул газа и выделить некоторый малый интервал скоростей от υ до υ + Δυ, то в выделенный интервал Δυ попадает некоторое число ΔN молекул. На графике удобно изображать зависимость величины от скорости υ. При достаточно большом числе N эта зависимость изображается плавной кривой, имеющей максимум при (наиболее вероятнскорость). Здесь m – масса молекулы, k = 1,38·10–23 Дж/К – постоянная Больцмана.

Характерным параметром распределения Максвелла является так

называемая среднеквадратичная скорость υкв = <υ2>1/2, где <υ2> означает

среднее значение квадрата скорости, которая равна

Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул газа есть

Education

скорость движения молекул. опыт штерна