--> Èçìåðåíèå ñêîðîñòåé ìîëåêóë ãàçà. Ôèçèêà 10 êëàññ. Ìÿêèøåâ
ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Ôèçèêà 10 êëàññ. Ìÿêèøåâ

Ãëàâà 9. Ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêàÿ òåîðèÿ èäåàëüíîãî ãàçà

 


§ 61. Èçìåðåíèå ñêîðîñòåé ìîëåêóë ãàçà

    Ìîæíî 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 ïîëó÷èì âûðàæåíèå äëÿ ñðåäíåãî çíà÷åíèÿ êâàäðàòà ñêîðîñòè:

Âûðàæåíèå äëÿ ñðåäíåãî çíà÷åíèÿ êâàäðàòà ñêîðîñòè

Çàïîìíè
Ñðåäíåé êâàäðàòè÷íîé ñêîðîñòüþ íàçûâàåòñÿ âåëè÷èíà

Ñðåäíåé êâàäðàòè÷íîé ñêîðîñòüþ íàçûâàåòñÿ âåëè÷èíà

Èç-çà ñòîëêíîâåíèÿ òðàåêòîðèÿ êàæäîé ìîëåêóëû ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé çàïóòàííóþ ëîìàíóþ ëèíèþ

Âû÷èñëÿÿ ïî ôîðìóëå (9.19) ñêîðîñòü ìîëåêóë, íàïðèìåð àçîòà ïðè t = 0 °Ñ, ïîëó÷àåì Ìîëåêóëû âîäîðîäà ïðè òîé æå òåìïåðàòóðå èìåþò ñðåäíþþ êâàäðàòè÷íóþ ñêîðîñòü Ýòè ñêîðîñòè âåëèêè, íî òàê êàê ìîëåêóëû ãàçà äâèæóòñÿ õàîòè÷íî, íåïðåðûâíî ñòàëêèâàÿñü äðóã ñ äðóãîì, è âðåìÿ ìåæäó äâóìÿ ñòîëêíîâåíèÿìè ìàëî, òî ðàññòîÿíèå, êîòîðîå ïðîëåòàþò ìîëåêóëû òàêæå íåâåëèêî. Èç-çà ñòîëêíîâåíèÿ òðàåêòîðèÿ êàæäîé ìîëåêóëû ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé çàïóòàííóþ ëîìàíóþ ëèíèþ (ðèñ. 9.6). Áîëüøèå ñêîðîñòè ìîëåêóëà èìååò íà ïðÿìîëèíåéíûõ îòðåçêàõ ëîìàíîé. Êàê âèäíî èç ðèñóíêà, ïðè ïåðåìåùåíèè ìîëåêóëû èç òî÷êè À â òî÷êó  ïðîéäåííûé åþ ïóòü îêàçûâàåòñÿ ãîðàçäî áîëüøå ðàññòîÿíèÿ ÀÂ. Ïðè àòìîñôåðíîì äàâëåíèè ýòî ðàññòîÿíèå ïîðÿäêà 10-5 ñì.

Êîãäà âïåðâûå áûëè ïîëó÷åíû ýòè ÷èñëà (âòîðàÿ ïîëîâèíà XIX â.), ìíîãèå ôèçèêè áûëè îøåëîìëåíû. Ñêîðîñòè ìîëåêóë ãàçà ïî ðàñ÷¸òàì îêàçàëèñü áîëüøå, ÷åì ñêîðîñòè àðòèëëåðèéñêèõ ñíàðÿäîâ! Íà ýòîì îñíîâàíèè âûñêàçûâàëè äàæå ñîìíåíèÿ â ñïðàâåäëèâîñòè êèíåòè÷åñêîé òåîðèè. Âåäü èçâåñòíî, ÷òî çàïàõè ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ äîâîëüíî ìåäëåííî: íóæíî âðåìÿ ïîðÿäêà äåñÿòêîâ ñåêóíä, ÷òîáû çàïàõ äóõîâ, ïðîëèòûõ â îäíîì óãëó êîìíàòû, ðàñïðîñòðàíèëñÿ äî äðóãîãî óãëà.

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.

Ïîäóìàéòå, ÷òî îïðåäåëÿåò ñðåäíþþ êèíåòè÷åñêóþ ýíåðãèþ òåïëîâîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóë è îò ÷åãî çàâèñèò ñðåäíÿÿ êâàäðàòè÷íàÿ ñêîðîñòü ýòîãî äâèæåíèÿ.

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.

 1943 ã. Î. Øòåðí áûë óäîñòîåí Íîáåëåâñêîé ïðåìèè ïî ôèçèêå «çà âêëàä â ðàçâèòèå ìåòîäîâ ìîëåêóëÿðíûõ ïó÷êîâ è îòêðûòèå è èçìåðåíèå ìàãíèòíîãî ìîìåíòà ïðîòîíà».

Êàê âû äóìàåòå, ïî÷åìó ïðîâîëî÷ êà ñäåëàíà èç ïëàòèíû?

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

Ñðåäíÿÿ ñêîðîñòü àòîìîâ

Îáñóäèòå ñ òîâàðèùåì, ïî÷åìó ñêîðîñòü âðàùåíèÿ öèëèíäðîâ äîëæíà áûòü áîëüøîé.

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.

Êëþ÷åâûå ñëîâà äëÿ ïîèñêà èíôîðìàöèè ïî òåìå ïàðàãðàôà.
Ñðåäíÿÿ êâàäðàòè÷íàÿ ñêîðîñòü ìîëåêóë. Îïûò Øòåðíà

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?

Îáðàçöû çàäàíèé ÅÃÝ

A1.  ñîñóäå íàõîäèòñÿ ãàç. Ìàññà êàæäîé ìîëåêóëû ãàçà ðàâíà m, ñðåäíÿÿ êâàäðàòè÷íàÿ ñêîðîñòü ìîëåêóë àáñîëþòíàÿ òåìïåðàòóðà ãàçà Ò. Åñëè àáñîëþòíàÿ òåìïåðàòóðà ãàçà óâåëè÷èòñÿ äî 2Ò, ñðåäíÿÿ êâàäðàòè÷íàÿ ñêîðîñòü ìîëåêóë ãàçà áóäåò ðàâíà

A2.Êàê ñîîòíîñÿòñÿ ñðåäíèå êâàäðàòè÷íûå ñêîðîñòè ìîëåêóë êèñëîðîäà è â ñìåñè ýòèõ ãàçîâ â ñîñòîÿíèè òåïëîâîãî ðàâíîâåñèÿ, åñëè îòíîøåíèå ìîëÿðíûõ ìàññ êèñëîðîäà è âîäîðîäà ðàâíî 16?

A3. äâóõ ñîñóäàõ íàõîäÿòñÿ ðàçëè÷íûå ãàçû. Ìàññà êàæäîé ìîëåêóëû ãàçà â ïåðâîì ñîñóäå ðàâíà m, âî âòîðîì ñîñóäå 3m. Ñðåäíÿÿ êâàäðàòè÷íàÿ ñêîðîñòü ìîëåêóë ãàçà â ïåðâîì ñîñóäå ðàâíà âî âòîðîì ñîñóäå Àáñîëþòíàÿ òåìïåðàòóðà ãàçà â ïåðâîì ñîñóäå ðàâíà Ò, âî âòîðîì ñîñóäå îíà ðàâíà

1) 3 T       2) Ò       3) Ò/3       4) Ò/9

ñõåìà îïûòà Øòåðíà ïî îïðåäåëåíèþ ñêîðîñòè ìîëåêóë

A4.Íà ðèñóíêå ïîêàçàíà ñõåìà îïûòà Øòåðíà ïî îïðåäåëåíèþ ñêîðîñòè ìîëåêóë. Ïóíêòèðîì îáîçíà÷åíà òðàåêòîðèÿ àòîìîâ ñåðåáðà, ëåòÿùèõ îò ïðîâîëîêè â öåíòðå óñòàíîâêè ÷åðåç ùåëü âî âíóòðåííåì öèëèíäðå ê âíåøíåìó öèëèíäðó ïðè íåïîäâèæíûõ öèëèíäðàõ. ׸ðíûì îòìå÷åíî ìåñòî, êóäà ïîïàäàëè àòîìû ñåðåáðà ïðè âðàùåíèè öèëèíäðîâ. Êàêîå óòâåðæäåíèå âåðíî? Ïÿòíî îáðàçîâàëîñü, êîãäà

    1) òîëüêî âíåøíèé öèëèíäð âðàùàëñÿ ïî ÷àñîâîé ñòðåëêå
    2) òîëüêî âíóòðåííèé öèëèíäð âðàùàëñÿ ïî ÷àñîâîé ñòðåëêå
    3) îáà öèëèíäðà âðàùàëèñü ïî ÷àñîâîé ñòðåëêå
    4) îáà öèëèíäðà âðàùàëèñü ïðîòèâ ÷àñîâîé ñòðåëêè

 

 

Ðåéòèíã@Mail.ru



Ñîäåðæàíèå

!-- Step 2 - Decide on the place where you want to place the video -->
. Âàæíî, ÷òîáû ñêðèïò áûë ïîñëå áëîêà. Íàïðèìåð, ìîæíî ðàçìåñòèòü ïåðåä òåãîì -->