A molekulák hõmozgásának mértéke
Elméletileg 1856-ban az angol fizikus, J. Maxwell elméletileg bizonyította azt a feltevést, hogy a testmolekulák bármilyen sebességgel rendelkeznek. Úgy vélte, hogy a molekulák sebessége egy adott időben véletlenszerű, ezért sebességeloszlásuk statisztikai jellegű (a Maxwell-eloszlás).
Az általa létrehozott molekuláris sebességeloszlás karakterét grafikusan ábrázolja a 2. ábrán látható görbe. 1.17. Maximális (dombok) jelenléte azt jelzi, hogy a molekulák többségének sebessége bizonyos időközönként esik. Ez aszimmetrikus, mivel a nagy sebességű molekulák kisebbek, mint a kisebbek.
A gyors molekulák normál körülmények között számos fizikai folyamat menetét határozzák meg. Például ezek miatt a folyadékok bepárlása megtörténik, mert szobahőmérsékleten a legtöbb molekulának hiányzik az energiája, hogy megszakítsa a kapcsolatot más molekulákkal (sokkal magasabb (3/2) kT), és a nagy sebességű molekulák esetében elegendő.
Ábra. 1.17. A molekulák eloszlása a sebességek mentén (a Maxwell-eloszlás)
Ábra. 1.18. O. Stern tapasztalata
A molekulák Maxwell-sebességek hosszú távon történő megoszlása kísérletileg nem igazolt, és csak 1920-ban a német tudós O. Stern képes volt kísérletileg mérni a molekulák termikus mozgásának sebességét.
Egy vízszintes asztalra, amely foroghat egy függőleges tengely körül (ábra. 1,18) két koaxiális henger, A és B, ahonnan a levegő kiürítették a sorrendben a 10 -8 Pa nyomáson. A hengerek tengelye mentén a C platinahuzal, vékony réteg ezüst borította. Amikor áthalad a vezeték elektromos áramot melegítjük, és annak felülete intenzíven bepároljuk ezüstöt, amely előnyösen lerakódnak a belső felületén a henger rész A. ezüst molekulák áthaladnak a keskeny rés a henger egy a külső, érintkezésbe kerülő a hengerpalást B. Ha a henger nem forog, a molekula ezüst, mozgó egyenes vonalúan állandó szemközti kerületi rést pontban D. Amikor a rendszer van meghajtva szögsebességgel körülbelül 2500-2700 fordulat / s, a hasíték kép eltolásra kerül az E pontban, és annak „kimossuk” az él, mintegy azovyvaya hegyről lankákon.
A tudományban a Stern-kísérlet végül megerősítette a molekuláris kinetikus elmélet érvényességét.
Amint az a képletből látható, egy molekula keverése a D ponttól függ a mozgásának sebességétől. Az ezüstmolekulák sebességének kiszámítása a Stern kísérletből mintegy 1200 ° C spirálhőmérsékleten 560 és 640 m / s közötti értékeket eredményezett, ami jó összhangban volt az elméleti meghatáro- zott 584 m / s átlagos molekulatömeg-sebességgel.
A gázmolekulák átlagos hõmozgási sebességét a p = nm0v̅ 2 x:
Ezért a molekula transzlációs mozgásának sebességének átlagos négyszöge:
A molekula sebességének középső négyzetének négyzetgyökét az átlagos négyzetes sebességnek nevezik.
Ezzel a képlet segítségével kiszámolhatjuk a molekulák átlagos négyzetes sebességét minden gáz számára. Például 20 ° C-on (T = 293K) oxigén esetén 478 m / s levegő - 502 m / s, hidrogén - 1911 m / s esetén. Még olyan nagy sebességgel (körülbelül egy adott gázban a hangszaporítás sebességével egyenlő) a gázmolekulák mozgása nem olyan gyors, mivel számos ütközés történik közöttük. Ezért a molekula mozgásának pályája hasonlít egy Brownian részecske mozgásának pályájához.
A molekula átlagos kvadratikus sebessége nem különbözik lényegesen a termikus mozgás átlagsebességétől - körülbelül 1,2-szer nagyobb.
Ezen az oldalon az alábbi témákban található anyagok: