Измерение скоростей молекул

Измерение скоростей молекул

Большие скорости молекул, предсказываемые молекулярно-кинетической теорией, казались многим ученым неправдоподобными, что было одним из главных возражений против этой теории. Например, приводили такой довод: запахи в воздухе распространяются со значительно меньшей скоростью, а ведь запахи тоже переносятся молекулами! «Разгадка», как мы знаем, состоит в том, что движение молекул вследствие частых столкновений носит хаотический характер: траектория движения каждой молекулы — чрезвычайно запутанная ломаная линия. Именно по этой причине среднее смещение молекулы в любом направлении в тысячи раз меньше того расстояния, которое она могла бы пройти, летя с той же скоростью в одном и том же направлении.

Одно из первых измерений скоростей молекул было выполнено в начале 20-го века немецким физиком Штерном. Вот как был поставлен этот опыт.

Платиновая проволока, покрытая тонким слоем серебра, располагалась вдоль общей оси двух жестко соединенных цилиндров Измерение скоростей молекул 5 и Измерение скоростей молекул 6 (рис. 27.2). Проволоку нагревали электрическим током. Атомы серебра, испаряясь с поверхности проволоки и пролетая через узкую щель в цилиндре Измерение скоростей молекул 7 осаждались в виде узкой светлой полосы 1 на внутренней поверхности цилиндра Измерение скоростей молекул 8

Затем соединенные цилиндры приводили в быстрое вращение вокруг оси (на рисунке — по часовой стрелке). При этом полоса 1 смещалась и расширялась, превращаясь в полосу 2 (см. рисунок). Смещение полосы обусловлено тем, что за то время, пока атомы серебра пролетают от цилиндра Измерение скоростей молекул 9 до цилиндра Измерение скоростей молекул 10 эти цилиндры вследствие вращения поворачиваются на некоторый угол. Зная радиусы цилиндров и частоту их вращения, можно по величине смещения полосы рассчитать скорость атомов серебра. Расширение же полосы обусловлено тем, что при «тепловом» движении атомы движутся с различными скоростями.

Измерение скоростей молекул 11Рис. 27.2. Схема опыта Штерна по измерению скоростей молекул.

Результаты опыта Штерна подтвердили предсказания молекулярно-кинетической теории.



Молекулярная физика и термодинамика.