-->
|
|
|
Ãëàâà 9. Ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêàÿ òåîðèÿ èäåàëüíîãî ãàçà § 61. Èçìåðåíèå ñêîðîñòåé ìîëåêóë ãàçàÌîæíî ëè, çíàÿ òåìïåðàòóðó, âû÷èñëèòü ñðåäíþþ êèíåòè÷åñêóþ ýíåðãèþ ìîëåêóë ãàçà? ñðåäíþþ ñêîðîñòü ìîëåêóëû? À ìîæíî ëè ýòó ñêîðîñòü èçìåðèòü? Ñðåäíÿÿ ñêîðîñòü òåïëîâîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóë. Óðàâíåíèå (9.16) äà¸ò âîçìîæíîñòü íàéòè ñðåäíèé êâàäðàò ñêîðîñòè äâèæåíèÿ ìîëåêóëû. Ïîäñòàâèâ â ýòî óðàâíåíèå
Âû÷èñëÿÿ ïî ôîðìóëå (9.19) ñêîðîñòü ìîëåêóë, íàïðèìåð àçîòà ïðè t = 0 °Ñ, ïîëó÷àåì
Ýêñïåðèìåíòàëüíîå îïðåäåëåíèå ñêîðîñòåé ìîëåêóë. Îïûòû ïî îïðåäåëåíèþ ñêîðîñòåé ìîëåêóë äîêàçàëè ñïðàâåäëèâîñòü ôîðìóëû (9.19). Îäèí èç îïûòîâ áûë ïðåäëîæåí è îñóùåñòâë¸í Î. Øòåðíîì â 1920 ã.
Ïðèáîð Øòåðíà ñîñòîèò èç äâóõ êîàêñèàëüíûõ öèëèíäðîâ À è Â, æ¸ñòêî ñâÿçàííûõ äðóã ñ äðóãîì (ðèñ. 9.7, à). Öèëèíäðû ìîãóò âðàùàòüñÿ ñ ïîñòîÿííîé óãëîâîé ñêîðîñòüþ. Âäîëü îñè ìàëîãî öèëèíäðà íàòÿíóòà òîíêàÿ ïëàòèíîâàÿ ïðîâîëî÷êà Ñ, ïîêðûòàÿ ñëîåì ñåðåáðà.
Ïî ïðîâîëî÷êå ïðîïóñêàþò ýëåêòðè÷åñêèé òîê.  ñòåíêå ýòîãî öèëèíäðà èìååòñÿ óçêàÿ ùåëü Î. Âîçäóõ èç öèëèíäðîâ îòêà÷àí. Öèëèíäð  íàõîäèòñÿ ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå. Âíà÷àëå ïðèáîð íåïîäâèæåí. Ïðè ïðîõîæäåíèè òîêà ïî íèòè îíà íàãðåâàåòñÿ è ïðè òåìïåðàòóðå 1200 °Ñ àòîìû ñåðåáðà èñïàðÿþòñÿ. Âíóòðåííèé öèëèíäð çàïîëíÿåòñÿ ãàçîì èç àòîìîâ ñåðåáðà. Íåêîòîðûå àòîìû ïðîëåòàþò ÷åðåç ùåëü Î è, äîñòèãíóâ âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè öèëèíäðà Â, îñàæäàþòñÿ íà íåé.  ðåçóëüòàòå ïðÿìî ïðîòèâ ùåëè îáðàçóåòñÿ óçêàÿ ïîëîñêà D ñåðåáðà (ðèñ. 9.7, á). Çàòåì öèëèíäðû ïðèâîäÿò âî âðàùåíèå ñ áîëüøèì ÷èñëîì îáîðîòîâ n â ñåêóíäó (äî 1500 1/c). Òåïåðü çà âðåìÿ t, íåîáõîäèìîå àòîìó äëÿ ïðîõîæäåíèÿ ïóòè, ðàâíîãî ðàçíîñòè ðàäèóñîâ öèëèíäðîâ RB - RÀ, öèëèíäðû ïîâåðíóòñÿ íà íåêîòîðûé óãîë φ.  ðåçóëüòàòå àòîìû, äâèæóùèåñÿ ñ ïîñòîÿííîé ñêîðîñòüþ, ïîïàäàþò íà âíóòðåííþþ ïîâåðõíîñòü áîëüøîãî öèëèíäðà íå ïðÿìî ïðîòèâ ùåëè Î (ðèñ. 9.7, â), à íà íåêîòîðîì ðàññòîÿíèè s îò êîíöà ðàäèóñà, ïðîõîäÿùåãî ÷åðåç ñåðåäèíó ùåëè (ðèñ. 9.7, ã): âåäü àòîìû äâèæóòñÿ ïðÿìîëèíåéíî. Åñëè ÷åðåç υB îáîçíà÷èòü ìîäóëü ñêîðîñòè âðàùåíèÿ òî÷åê ïîâåðõíîñòè âíåøíåãî öèëèíäðà, òî s = υBt = 2 πnRBt. (9.20)  äåéñòâèòåëüíîñòè àòîìû ñåðåáðà èìåþò ðàçíûå ñêîðîñòè. Ïîýòîìó ðàññòîÿíèÿ s äëÿ ðàçëè÷íûõ àòîìîâ áóäóò íåñêîëüêî ðàçëè÷àòüñÿ. Ïîä s ñëåäóåò ïîíèìàòü ðàññòîÿíèå ìåæäó ó÷àñòêàìè íà ïîëîñêàõ D è D' ñ íàèáîëüøåé òîëùèíîé ñëîÿ ñåðåáðà. Ýòîìó ðàññòîÿíèþ áóäåò ñîîòâåòñòâîâàòü ñðåäíÿÿ ñêîðîñòü àòîìîâ, êîòîðàÿ ðàâíà Ïîäñòàâëÿÿ â ýòó ôîðìóëó çíà÷åíèå âðåìåíè t èç âûðàæåíèÿ (9.20), ïîëó÷àåì
Çíàÿ n, RA è RB è èçìåðÿÿ ñðåäíåå ñìåùåíèå ïîëîñêè ñåðåáðà, âûçâàííîå âðàùåíèåì ïðèáîðà, ìîæíî íàéòè ñðåäíþþ ñêîðîñòü àòîìîâ ñåðåáðà. Ìîäóëè ñêîðîñòåé, îïðåäåë¸ííûå èç îïûòà, ñîâïàäàþò ñ òåîðåòè÷åñêèì çíà÷åíèåì ñðåäíåé êâàäðàòè÷íîé ñêîðîñòè. Ýòî ñëóæèò ýêñïåðèìåíòàëüíûì äîêàçàòåëüñòâîì ñïðàâåäëèâîñòè ôîðìóëû (9.19), à ñëåäîâàòåëüíî, è ôîðìóëû (9.16), ñîãëàñíî êîòîðîé ñðåäíÿÿ êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ìîëåêóëû ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíà àáñîëþòíîé òåìïåðàòóðå.
Âîïðîñû ê ïàðàãðàôó 1. Ïî÷åìó òîëùèíà ñëîÿ ïîëîñêè ñåðåáðà íà ïîâåðõíîñòè âíåøíåãî âðàùàþùå- Ø ãîñÿ öèëèíäðà â îïûòå Øòåðíà íåîäèíàêîâà ïî øèðèíå ïîëîñêè? 2. Êàê èçìåíèòñÿ ñðåäíÿÿ êâàäðàòè÷íàÿ ñêîðîñòü äâèæåíèÿ ìîëåêóë ïðè óìåíüøåíèè òåìïåðàòóðû â 4 ðàçà? 3. Êàêèå ìîëåêóëû â àòìîñôåðå äâèæóòñÿ áûñòðåå: ìîëåêóëû àçîòà èëè ìîëåêóëû êèñëîðîäà?
|
|
|