Измерение скорости движения молекул. Опыт Штерна Тема урока: Цель урока : Ход урока : три пол ожения МКТ _ Физические основы из мерений Прибор для измерений Порядок пр оведения о пыта Способ нахож дения скорос ти атомов Распределен ие Максвелл а
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:
три положения
МКТ
_Тема урока:
Физические основы измерений
Прибор для измерений
Порядок проведения опыта
Способ нахождения скорости атомов
Отто Штерн (нем. Otto Stern; 17 февраля 1888 — 17 августа 1969) — немецкий физик, лауреат Нобелевской премии по физике за 1943 год.
Распределение Максвелла
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.
три положения
МКТ
_Тема урока:
Цель урока:
Ход урока:
План урока
Физические основы измерений
Прибор для измерений
Порядок проведения опыта
Способ нахождения скорости атомов
Распределение Максвелла
Физические основы измерений
_Тема урока:
Цель 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.
Прибор для измерений
Порядок проведения опыта
Способ нахождения скорости атомов
Распределение Максвелла
Прибор для измерений
_Тема урока:
Цель урока:
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:
три положения
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.
Порядок проведения опыта
Способ нахождения скорости атомов
Распределение Максвелла
Порядок проведения опыта
_Тема урока:
Цель урока:
Приборы и материалы, необходимые для постановки опыта, принципиальная
схема установки
Ход урока:
три положения
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.
Прибор для измерений
Способ нахождения скорости атомов
Распределение Максвелла
Прибор для измерений
Способ нахождения скорости атомов
_Тема урока:
Цель урока:
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:
три положения
МКТФизические основы измерений
Порядок проведения опыта
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
Распределение Максвелла
Прибор для измерений
_Тема урока:
Цель урока:
Атом, двигаясь со скоростью υ, проходил расстояние:
Ход урока:
три положения
МКТФизические основы измерений
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:
Порядок проведения опыта
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.
Распределение Максвелла
Прибор для измерений
_Тема урока:
Цель урока:
Ход урока:
три положения
МКТФизические основы измерений
Порядок проведения опыта
Способ нахождения скорости атомов
Распределение Максвелла
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