Tapasztalja Otto Stern
1. Kinek és mikor, hogy végezzen kísérleteket, a történelmi GOAL
1828-ban az angol botanikus Robert Brown (1773-1885) észrevette, hogy a víz felfüggesztett a legkisebb részecskék mozgásban lévő anyag. Ők ezután eltávolítjuk, majd közeledik egymáshoz, akkor kelj fel, és leesik. Ez a mozgás, mondta a tudós, ha véletlenszerűen, és nem hagyja abba. A mozgás a lebegő részecskék által észlelt tudósok nevezték tiszteletére a Brown-mozgás.
Végén a XIX században a tanulmány Brown mozgás szerzett nagy elméleti jelentősége és felkeltette a figyelmét a sok elméleti fizikusok. A keret által képzett időben a molekuláris-kinetikai fogalmak a szerkezet az anyag mozgás kap logikus magyarázat: egy Brown részecske mozog keresztül folytonos felütközési folyadék molekulák, amelyekben van egy szuszpenzió.
Annak ellenére, hogy az elfogadható magyarázat a mobilitás Brown részecskék nincs közvetlen bizonyíték, hogy létezik a molekulák önmagukban, különösen azok mozgását akkoriban már nem volt idő. Molekuláris kinetikus elméletét ügy alapjául csak a feltételezések és a fejlett, mind a fizika és a kémia csak egy hipotézis. Molekulák még hozzáférhetetlen közvetlen megfigyelés, és a probléma a sebességét mérő láthatatlan részecskék ekkor tűnt fel, egyszerűen megoldhatatlan. Ezért a kísérlet kapcsolódó közvetlen bizonyíték, hogy létezik a molekulák és sebességét meghatározó mozgásuk, amely eredetileg meghatározott egyik alapvető tudományos kísérletekhez. A döntő a tudomány nyilvánvaló volt, hogy mivel közvetlenül támogatja az érvényességét a molekuláris kinetikus elméletét Az anyag szerkezetéről.
Az első próbálkozások, hogy megtalálja az átlagos molekulák sebessége vette a német fizikus Rudolf Emanuel Clausius (1822-1888).
R. Clausius javasolt tisztán elméleti megoldást arra a problémára, sebességét mérő a molekulák (1870) Valóban, az egyenlet a molekuláris-gázok kinetikus elméletét, ismert, hogy
Ezután effektív sebesség:
Ha figyelembe vesszük, hogy
majd az átlagos négyzetes sebesség kaphat egy kifejezés, amely magában foglalja a mért érték kísérletileg, nevezetesen:
ahol P - nyomás, # 961; - a gáz sűrűsége.
R. Clausius számított sebesség gázmolekulák voltak váratlanul nagyon nagy. Figyeljük meg, hogy R. Clausius Feltételezzük, hogy minden molekulák mozognak azonos sebességgel, ami függ a gáz hőmérséklete. A számítások szerint, a rms sebessége az oxigén molekulák át 0 ° C volt, 461 m / s, a nitrogén - 402 m / s, és a hidrogén - 1844 m / s.
Azonnal a kérdés: hogyan, kezdve ezek az értékek a sebessége a gázmolekulák, miért diffúzió gázok lassú és alacsony hővezető gázokat. R. Clausius tudta megválaszolni ezeket a kérdéseket. Ő bevezette az átlagos szabad úthossz a molekula. Ez azt mutatta, hogy annak értéke függ a hőmérséklettől és a gáz sűrűsége.
A fő hozzájárulása a továbbfejlesztés tulajdonában DK Maxwell (1831- 1879 gg.) És L. Boltzmann (1844-1906 gg.).
D. Maxwell nem valószínű, hogy valamennyi molekula mozog ugyanazzal a sebességgel. Elmondása szerint, minden egyes adott hőmérsékleten, a legtöbb molekulák sebességek fekvő szűk határok között, de néhány a molekulák mozognak nagyobb vagy kisebb sebességgel. Sőt, a tudósok úgy vélik, minden gáz térfogata egy adott hőmérsékleten egy olyan molekula, amely egyrészt nagyon kicsi és nagyon nagy sebességgel. Egymással szemben, néhány molekula megnövelt sebesség, és a másik csökken. De ha a gáz az egyensúlyi állapot, a molekulák száma, amelyek egy adott sebesség állandó marad. Ennek alapján ábrázolás, D. Maxwell megvizsgálta eloszlásának molekulák a gáz sebessége, amely található egy stacionárius állapotban.
Alapján a mechanika törvényei ez elméletileg feltárja a mozgás és ütközés számos szilárd rugalmas gömbök kisméretű, és arra a következtetésre jut, hogy egy ilyen rendszer eredményeképpen a kölcsönös ütközések létrehozott eloszlása „élő erők” (a modern terminológiát - kinetikus energia) a részecskék közötti „egyesek szerint a rendszeres a törvény. " Lehetőség van, hogy meghatározza a „átlagos részecskék száma, amelynek sebessége fekszik bizonyos határok között, annak ellenére, hogy az arány az egyes részecske megváltozik minden egyes ütközés.” D. Maxwell, általános következtetést kimondja, hogy „a sebesség a részecskék megfelelően oszlanak meg ugyanazt a szabályt, a hibák között oszlik meg észrevételeit az elmélet a” legkisebb négyzetek módszerével.” Sebesség molekulák szerint a számításokat, az értékeket 0-tól. de a molekulák száma, amelynek nagyon nagy sebességű, szerint D. Maxwell, viszonylag kicsi.
Ennek során ezek a tanulmányok D. Maxwell be fizika fogalmát valószínűsége, mielőtt a koncepció valószínűség működtetni csak matematika. Érdemes megjegyezni, hogy az összefoglaló jelentés D. Maxwell mondja egy szót sem a felfedezés a sebesség eloszlás törvény. De éppen ebben a felfedezés most látni az egyik fő érdemei D. Maxwell.
Tömeg és véletlenszerű események a mikrokozmosz a statisztikai természetét nyílt D. Maxwell törvény. E törvény szerint nem tudjuk megmondani, hogy mennyi a test részecskék egy bizonyos fordulatszám vagy a helyzet bármikor (szigorúan véve, audio), lehetőség van csak számítani a valószínűsége, hogy egy adott térfogatú adott részecske sebességgel egy előre meghatározott fordulatszám-tartományban. Az is lehetséges, hogy válaszoljon a kérdésre: mennyi (kb de viszonylag elfogadható) a szervezet részecskék jelenleg sebesség és koordinátái az előre meghatározott időközönként. És a válasz erre a kérdésre a pontosság magasabb lesz, annál részecskék mennyiségének vizsgálják.
Molekuláris faj eloszlása a sebesség függvényében, D. Maxwell meghatározni elméletileg (alapján az elmélet a valószínűség). Maxwell eloszlás úgynevezett Maxwell törvény kifejezett a következő képlet szerint:
ahol n - az összes, a molekulák - a moláris tömege a gáz, R - egyetemes gázállandó, e - a bázis a természetes logaritmus.
Alapján levezetett rájuk Formula D. Maxwell lehetett meghatározni, például, hogy a molekula nitrogén hőmérsékleten 140 ° C legvalószínűbb sebesség 500 m / s. A sebesség 300 és 700 m / s mozog 59% a molekulák. Ez egy alacsonyabb sebessége 12,6%, és több - 28,4% az összes molekulák.
Az eredményeket a munka D. Maxwell általában elfogadottak, de még nem erősítették meg kísérletileg.
D. Stern 1920 g. Módszerével molekuláris gerendák által feltalált a francia fizikus Lui Dyunoye (1911) mérjük a sebességet a gázmolekulák és a kísérletileg kapott megerősítette D. Maxwell eloszlása a sebessége a gázmolekulák [17, pp 47.]. (Kísérleti eredmények Stern megerősítette a helyességét becslésére átlagos sebessége az atomok, amely származik Maxwell eloszlása. a természet a eloszlásának ez a tapasztalat adhatna csak egy nagyon hozzávetőleges információkat.
Pontosabban, az elosztó törvényt, kísérletbe Lammert (1929), amelyben a molekuláris sugár áthalad a két forgó tárcsa kerületi bemetszésekkel, tolva egymáshoz képest egy bizonyos szögben. Változtatásával a sebesség vagy forgását a készülék közötti szög slot lehet izolálni a molekula nyaláb különböző sebességgel. Lammert kísérletek eredményeit és más tanulmányok ugyanerre a célra teljes az egyetértés az elméleti jog Maxwell sebesség eloszlását molekulák).
2. ESZKÖZÖK ÉS szükséges anyagok kimutatása ÉLMÉNY FŐ SZERELÉSI RENDSZER
A mérési kísérlet átlagosan a molekulák sebessége G. Stern tervezett speciális telepítést. A készülék két mereven összekapcsolt koaxiális hengerek sugarai R és r (ábra. 1-3). A belső henger platina izzószál A volt található tengelyen. A gáz a kísérletben gyér pár ezüst. Az atomok elpárologtatásával kapott az ezüstréteg felvitt platina drót, fűtése elektromos áram. A levegő a kis hengert leszívatjuk, így az ezüst atomok lepároljuk az izzószál repült szabadon minden irányban.