Личные инструменты

2168
з математики

132
учня

168
для 11 класу

443
відкореговано


Вашій увазі

24638
уроків


Измерение скоростей молекул газа

Гипермаркет знаний>>Физика и астрономия>>Физика 10 класс>>Физика: Измерение скоростей молекул газа


   Зная температуру, нетрудно вычислить среднюю кинетическую энергию молекул газа. После этого легко вычислить и среднюю скорость молекулы. А можно ли эту скорость измерить? Ведь молекулы так малы!
   Средняя скорость теплового движения молекул. Уравнение (9.9) дает возможность найти средний квадрат скорости движения молекулы. Подставив в это уравнение A67-1.jpgполучим выражение для среднего квадрата скорости:
A67-2.jpg
   Квадратный корень из этой величины называется средней квадратичной скоростью:
A67-3.jpg
   Вычисляя по формуле (9.12) скорость молекул, например азота при t=0°С, получим A67-7.jpg. Молекулы водорода при той же температуре имеют среднюю скорость A67-8.jpg.
   Когда впервые были получены эти числа (вторая половина XIX в.), многие физики были ошеломлены. Скорости молекул газа по расчетам оказались больше, чем скорости артиллерийских снарядов! На этом основании высказывали даже сомнения в справедливости кинетической теории. Ведь известно, что запахи распространяются довольно медленно: нужно время порядка десятков секунд, чтобы запах духов, пролитых в одном углу комнаты, распространился до другого угла. Это нетрудно объяснить. Из-за столкновения молекул траектория каждой молекулы представляет собой запутанную ломаную линию (рис.9.4). Большие скорости молекула имеет на прямолинейных отрезках ломаной. Перемещение же молекулы в каком-либо направлении в среднем невелико даже за время порядка нескольких минут. Вот и получается, что при перемещении молекулы из точки A в точку B пройденный ею путь оказывается гораздо больше расстояния AB.
скорость молекулы газа
   Экспериментальное определение скоростей молекул. Опыты по определению скоростей молекул доказали справедливость формулы (9.12). Один из опытов был предложен и осуществлен О. Штерном в 1920 г.
   Прибор Штерна состоит из двух коаксиальных цилиндров A и B, жестко связанных друг с другом (рис.9.5, а). Цилиндры могут вращаться с постоянной угловой скоростью. Вдоль оси малого цилиндра натянута тонкая платиновая проволочка C, покрытая слоем серебра. По проволочке пропускают электрический ток. В стенке этого цилиндра имеется узкая щель O. Воздух из цилиндров откачан. Цилиндр B находится при комнатной температуре.
скорость молекулы газа
   Вначале прибор неподвижен. При прохождении тока по нити слой серебра испаряется и внутренний цилиндр заполняется газом из атомов серебра. Некоторые атомы пролетают через щель O и, достигнув внутренней поверхности цилиндра B, осаждаются на ней. В результате прямо против щели образуется узкая полоска D серебра (рис.9.5, б).
   Затем цилиндры приводят во вращение с большим числом оборотов n в секунду (до 1500 1/c). Теперь за время t, необходимое атому для прохождения пути, равного разности радиусов цилиндров RB-RA, цилиндры повернутся на некоторый угол A67-9.jpg. В результате атомы, движущиеся с постоянной скоростью, попадают на внутреннюю поверхность большого цилиндра не прямо против щели O (рис.9.5, в), а на некотором расстоянии s от конца радиуса, проходящего через середину щели (рис.9.5, г): ведь атомы движутся прямолинейно.
   Если через A67-10.jpg обозначить модуль скорости вращения точек поверхности внешнего цилиндра, то
A67-4.jpg
   В действительности не все атомы серебра имеют одну и ту же скорость. Поэтому расстояния s для различных атомов будут несколько отличаться. Под s следует понимать расстояние между участками на полосках A67-11.jpg с наибольшей концентрацией атомов серебра. Этому расстоянию будет соответствовать средняя скорость атомов, которая равна:
A67-5.jpg
   Подставляя в эту формулу значение времени t из выражения (9.13), получим
A67-6.jpg
   Зная n, RA и RB и измеряя среднее смещение полоски серебра, вызванное вращением прибора, можно найти среднюю скорость атомов серебра.
   Модули скоростей, определенные из опыта, совпадают с теоретическим значением средней квадратичной скорости. Это служит экспериментальным доказательством справедливости формулы (9.12), а следовательно, и формулы (9.9), согласно которой средняя кинетическая энергия молекулы прямо пропорциональна абсолютной температуре.
   Средние скорости молекул превышают скорость звука и достигают сотен метров в секунду. Эти скорости удалось измерить благодаря тому, что макроскопическим телам (цилиндрам в опытах Штерна) можно сообщить столь большую скорость, что за время пролета молекул между цилиндрами они поворачиваются на заметный угол.


   ???
   1. Почему толщина слоя полоски серебра на поверхности внешнего вращающегося цилиндра в опыте Штерна неодинакова по ширине полоски?
   2. Как изменится средняя квадратичная скорость движения молекул при увеличении температуры в 4 раза?
   3. Какие молекулы в атмосфере движутся быстрее: молекулы азота или молекулы кислорода?


Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс


Сборник конспектов уроков по всем классам, домашнее задание, скачать рефераты по физике, книги и учебники согласно календарного планирования по физике для 10 класса

Содержание урока
1236084776 kr.jpg конспект урока                       
1236084776 kr.jpg опорный каркас  
1236084776 kr.jpg презентация урока
1236084776 kr.jpg акселеративные методы 
1236084776 kr.jpg интерактивные технологии 

Практика
1236084776 kr.jpg задачи и упражнения 
1236084776 kr.jpg самопроверка
1236084776 kr.jpg практикумы, тренинги, кейсы, квесты
1236084776 kr.jpg домашние задания
1236084776 kr.jpg дискуссионные вопросы
1236084776 kr.jpg риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
1236084776 kr.jpg аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
1236084776 kr.jpg фотографии, картинки 
1236084776 kr.jpg графики, таблицы, схемы
1236084776 kr.jpg юмор, анекдоты, приколы, комиксы
1236084776 kr.jpg притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
1236084776 kr.jpg рефераты
1236084776 kr.jpg статьи 
1236084776 kr.jpg фишки для любознательных 
1236084776 kr.jpg шпаргалки 
1236084776 kr.jpg учебники основные и дополнительные
1236084776 kr.jpg словарь терминов                          
1236084776 kr.jpg прочие 

Совершенствование учебников и уроков
1236084776 kr.jpg исправление ошибок в учебнике
1236084776 kr.jpg обновление фрагмента в учебнике 
1236084776 kr.jpg элементы новаторства на уроке 
1236084776 kr.jpg замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
1236084776 kr.jpg идеальные уроки 
1236084776 kr.jpg календарный план на год  
1236084776 kr.jpg методические рекомендации  
1236084776 kr.jpg программы
1236084776 kr.jpg обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.