Trải nghiệm công thức nghiêm khắc. Thí nghiệm của Stern là một chứng minh thực nghiệm của lý thuyết động học phân tử. Bài học tốc độ phân tử

Bài giảng 15

Vật lý phân tử

Câu hỏi

1. Định luật Maxwell về phân bố các phân tử khí lý tưởng theo tốc độ và năng lượng.

2. Khí lý tưởng trong trường hấp dẫn đều.

Công thức khí áp. Phân phối Boltzmann.

3. Số va chạm trung bình và đường đi tự do trung bình của các phân tử.

4. Hiện tượng truyền chất khí.

1. Định luật phân bố phân tử của Maxwell

khí lý tưởng xét về vận tốc và năng lượng

Trong chất khí ở trạng thái cân bằng, sự phân bố vận tốc cố định của các phân tử được thiết lập, tuân theo định luật Maxwell.

phương trình Clausius
, (1)

Phương trình Mendeleev–Clapeyron


(2)

, (3)

những thứ kia. vận tốc bình phương trung bình căn bậc hai tỉ lệ với căn bậc hai của nhiệt độ tuyệt đối của chất khí.

Định luật Maxwell được mô tả bởi hàm f(v), gọi điện hàm phân bố vận tốc phân tử . Nếu chúng ta chia phạm vi tốc độ phân tử thành các khoảng nhỏ bằng d v thì ứng với mỗi khoảng tốc độ sẽ có một số lượng phân tử nhất định d N(v), có tốc độ nằm trong khoảng này. Chức năng f(v) xác định số lượng phân tử tương đối d N(v)/N, tốc độ của chúng nằm trong khoảng từ v trước v+ d v, I E.

Hàm phân bố vận tốc theo kiểu Maxwell

, Ở đâu
.

Sử dụng phương pháp lý thuyết xác suất, Maxwell đã tìm được hàm số f(v) –định luật phân bố các phân tử khí lý tưởng theo tốc độ:

. (4)

. (5)

Rất có thể tốc độv v là tốc độ gần đó có số lượng phân tử lớn nhất trên một đơn vị tốc độ.

Tốc độ phân tử trung bình(tốc độ trung bình số học):

(7)

tốc độ RMS
(8)

Từ công thức (6), suy ra rằng khi nhiệt độ tăng, hàm phân bố vận tốc phân tử cực đại sẽ dịch chuyển sang phải (giá trị của vận tốc có xác suất lớn nhất sẽ lớn hơn). Tuy nhiên, diện tích giới hạn bởi đường cong không thay đổi, do đó, khi nhiệt độ tăng, đường cong phân bố vận tốc phân tử giãn ra và giảm đi.

Kinh nghiệm nghiêm khắc

. (9)

2. Khí lý tưởng trong trường hấp dẫn đều. Công thức khí áp. phân phối Boltzmann

Nếu không có chuyển động nhiệt thì tất cả các phân tử không khí trong khí quyển sẽ rơi xuống Trái đất; Nếu không có lực hấp dẫn, không khí trong khí quyển sẽ phân tán khắp Vũ trụ. Trọng lực và chuyển động nhiệt đưa khí đến trạng thái trong đó nồng độ và áp suất của nó giảm theo độ cao.

Ta thu được định luật thay đổi áp suất theo độ cao.

Áp suất chênh lệch R Và p+ d P bằng khối lượng của khí đựng trong thể tích của một hình trụ có diện tích đáy bằng 1 và chiều cao d h

P– (p+ d P) =  g d h
d p = – g d h (10)

Từ phương trình trạng thái của khí lý tưởng:

(11)

(11)
(10)

, (12)

Ở đâu R Và R 0 – áp suất khí ở độ cao h Và h= 0.

Công thức (12) được gọi là khí áp kế. Từ đó áp suất giảm theo độ cao theo quy luật hàm mũ.

Công thức khí áp cho phép bạn xác định độ cao h sử dụng phong vũ biểu. Một phong vũ biểu được hiệu chuẩn đặc biệt để đo trực tiếp độ cao so với mực nước biển được gọi là máy đo độ cao. Nó được sử dụng rộng rãi trong hàng không và leo núi.

Tổng quát hóa công thức khí áp

, bởi vì
.

, Phân phối Boltzmann(13)

Ở đâu N Và N 0 – nồng độ phân tử ở độ cao h0 và h= 0 tương ứng.

Trường hợp đặc biệt

1.

, I E. chuyển động nhiệt có xu hướng phân tán các hạt đều trong toàn bộ thể tích.

2.

(không có chuyển động nhiệt), tức là tất cả các hạt sẽ chiếm một trạng thái có thế năng tối thiểu (bằng không) (trong trường hợp trường hấp dẫn của Trái đất, các phân tử sẽ tập trung trên bề mặt Trái đất).

3. Số va chạm trung bình và đường đi tự do trung bình của các phân tử

Đường kính phân tử hiệu quảd là khoảng cách nhỏ nhất mà tâm của hai phân tử gặp nhau khi va chạm.

Nhà thi đấu cơ sở giáo dục thành phố số 1

Quận trung tâm của Volgograd

Bài học vật lý theo chủ đề

Chuyển động của các phân tử. Thí nghiệm xác định tốc độ phân tử

lớp 10

Người biên soạn: giáo viên vật lý hạng cao nhất

Petrukhina

Marina Anatolyevna.

UMK: N. S. Purysheva,

N. E. Vazheevskaya,

D. A. Isaev

“Vật lý - 10”, sách bài tập cho sách giáo khoa này và ứng dụng đa phương tiện cho sách giáo khoa.

Volgograd, 2015

Bài học về chủ đề

Chuyển động của các phân tử.

Thí nghiệm xác định tốc độ phân tử

lớp 10

chú thích.

Không thể hiểu được những vấn đề quan trọng nhất của vật lý hiện đại nếu không có một số, ít nhất là những ý tưởng cơ bản nhất về các định luật thống kê. Việc coi chất khí là một hệ thống bao gồm một số lượng lớn các hạt cho phép chúng ta đưa ra ý tưởng ở dạng dễ tiếp cận về xác suất, tính chất thống kê của các định luật của hệ thống đó, phân bố thống kê cho biết xác suất của các hạt của hệ thống có một hoặc một giá trị khác của các tham số xác định trạng thái của chúng và dựa trên đó, phác thảo các quy định chính của lý thuyết cổ điển về chất khí. Một trong những bài học cho phép chúng ta hình thành ý tưởng này bao gồm bài học được trình bày về tài liệu giảng dạy của nhà xuất bản Drofa: sách giáo khoa vật lý của N. S. Purysheva, N. E. Vazheevskaya, D. A. Isaev, sách bài tập cho sách giáo khoa này và ứng dụng đa phương tiện cho sách giáo khoa.

Ghi chú giải thích.

Bài học này có thể được dạy khi học chủ đề “Cơ bản về cấu trúc MCT của vật chất” ở lớp 10.

Tài liệu bài học mới cho phép học sinh đào sâu kiến ​​thức cơ bản của lý thuyết động học của chất khí và sử dụng nó khi giải các bài toán xác định vận tốc của các phân tử của các loại khí khác nhau.

Mỗi giai đoạn của bài học đều có kèm theo một slide chuyên đề của ứng dụng đa phương tiện và một đoạn video.

Mục đích của bài học:

Hoạt động: hình thành các phương thức hoạt động mới ở học sinh (khả năng hỏi và trả lời các câu hỏi hiệu quả; thảo luận các tình huống có vấn đề; khả năng đánh giá hoạt động và kiến ​​thức của mình).

Mục tiêu bài học:

giáo dục: phát triển khả năng phân tích, so sánh, chuyển tải kiến ​​thức sang các tình huống mới, lập kế hoạch hoạt động khi xây dựng câu trả lời, hoàn thành nhiệm vụ và tìm kiếm hoạt động thông qua các khái niệm vật lý (tốc độ có thể xảy ra nhất, tốc độ trung bình, tốc độ bình phương trung bình căn bậc hai) và tăng cường hoạt động trí tuệ của sinh viên.

Giáo dục: rèn luyện tính kỷ luật khi thực hiện nhiệm vụ nhóm, tạo điều kiện tạo động lực tích cực khi học vật lý, sử dụng nhiều kỹ thuật hoạt động, truyền đạt những thông tin thú vị; nuôi dưỡng ý thức tôn trọng người đối thoại, văn hóa giao tiếp cá nhân.

Phát triển: phát triển khả năng xây dựng các phát biểu độc lập trong lời nói trên cơ sở tài liệu giáo dục đã học, phát triển tư duy logic, phát triển khả năng tiếp cận toán học thống nhất để mô tả định lượng các hiện tượng vật lý dựa trên các khái niệm phân tử khi giải quyết vấn đề.

Loại bài học: bài học tìm hiểu nội dung mới.

Phương pháp giảng dạy: heuristic, giải thích - minh họa, giải quyết vấn đề, trình diễn và thực hiện nhiệm vụ thực tế, giải quyết các vấn đề có nội dung vật lý.

Kết quả mong đợi:

có thể rút ra kết luận dựa trên thí nghiệm;

xây dựng các quy tắc thảo luận và tuân theo chúng;

hiểu ý nghĩa của vấn đề đang được thảo luận và thể hiện sự quan tâm đến chủ đề đó.

Giai đoạn chuẩn bị: kiến thức về các phương trình cơ bản, các phụ thuộc vào chủ đề này (mỗi học sinh có khối lý thuyết về chủ đề này dưới dạng bài giảng)

Thiết bị: thiết bị chứng minh thí nghiệm của Stern;

một máy tính và một máy chiếu để trình diễn bài thuyết trình và quay video “The Stern Experience”.

Các giai đoạn bài học.

Giai đoạn tổ chức (chào hỏi, kiểm tra sự sẵn sàng vào bài, tâm trạng cảm xúc), (1 phút)

Giai đoạn xác định mục tiêu, mục tiêu bài học và bài tập về phương pháp đo tốc độ của phân tử, (4 phút)

Giai đoạn nghiên cứu tài liệu giáo dục mới, trình chiếu các slide thuyết trình có nhận xét của học sinh, cho phép bạn tạo ấn tượng trực quan về chủ đề, kích hoạt trí nhớ trực quan (kiểm tra mức độ nắm vững hệ thống khái niệm về chủ đề này), (20 phút)

Giai đoạn củng cố kiến ​​thức đã học khi giải quyết vấn đề (ứng dụng kiến ​​thức vào thực tiễn và hiểu thứ cấp), (8 phút)

Giai đoạn khái quát hóa, tổng kết bài học (phân tích mức độ thành công của việc nắm vững kiến ​​thức và phương pháp hoạt động), (4 phút)

Thông tin về bài tập về nhà (nhằm phát triển kiến ​​thức hơn nữa), (1 phút)

Suy ngẫm, (2 phút)

Kịch bản bài học.

Hoạt động của giáo viên vật lý

Hoạt động sinh viên

Giai đoạn tổ chức.

Xin chào các bạn! Tôi vui mừng chào đón bạn đến với bài học, nơi chúng ta sẽ tiếp tục mở ra những trang kiến ​​thức về lý thuyết cổ điển về chất khí. Những khám phá thú vị đang chờ đợi chúng ta ở phía trước. Chúc mừng lẫn nhau.

Sau đó chúng ta hãy bắt đầu...

Thiết lập mục tiêu và động lực.

Trong bài học trước chúng ta đã làm quen với các nguyên lý cơ bản của lý thuyết động học phân tử của khí lý tưởng. Tham gia chuyển động hỗn loạn liên tục, các phân tử liên tục va chạm với nhau, trong khi số lượng hạt va chạm tốc độ của họ là khác nhau ở mọi thời điểm.

Bạn nghĩ chủ đề của bài học “đang chờ đợi” chúng ta hôm nay là gì?

Đúng vậy, mục tiêu mà chúng ta đặt ra ngày nay là làm quen với một trong những phương pháp xác định tốc độ chuyển động của phân tử - phương pháp chùm tia phân tử, do nhà vật lý người Đức Otto Stern đề xuất vào năm 1920.

Chúng ta mở vở ghi ngày và chủ đề của bài học hôm nay: Chuyển động của phân tử. Thí nghiệm xác định vận tốc chuyển động của phân tử.

Chúng ta hãy nhớ tốc độ chuyển động nhiệt của các phân tử là gì?

Hãy tính vận tốc của phân tử bạc Ag khi bay hơi khỏi bề mặt, T = 1500K.

Hãy để tôi nhắc bạn rằng tốc độ âm thanh là 330 m/s và tốc độ của các phân tử bạc là 588 m/s, hãy so sánh.

Hãy tính vận tốc của phân tử hydro H 2 ở nhiệt độ gần độ không tuyệt đối T=28K.

Ví dụ: tốc độ của máy bay chở khách là 900 m/s, tốc độ của Mặt Trăng quanh Trái Đất là 1000 m/s.

Bây giờ hãy đặt mình vào vị trí của các nhà khoa học của thế kỷ 19, khi thu được những dữ liệu này, người ta nảy sinh nghi ngờ về tính đúng đắn của bản thân lý thuyết động học. Người ta biết rằng mùi hôi lan truyền khá chậm: phải mất thời gian khoảng hàng chục giây để mùi nước hoa tràn ra góc phòng này mới lan sang góc khác.

Vì vậy, câu hỏi được đặt ra: tốc độ thực sự của các phân tử là bao nhiêu?

Khi mùi hương nước hoa lan tỏa, có vật gì cản trở các phân tử nước hoa không?

Điều này ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ chuyển động có hướng của các phân tử?

Hãy tính vận tốc của phân tử hydro H 2 ở nhiệt độ gần bằng nhiệt độ phòng T=293K.

Thế thì tốc độ là bao nhiêu? Cái gì?

Nhưng làm thế nào để đo lường, xác định giá trị của nó trong thực tế? Hãy giải quyết vấn đề sau:

Hãy để có 1 phân tử. Cần phải xác định tốc độ đường đi tự do của các phân tử. Làm thế nào để các phân tử di chuyển giữa các va chạm?

Để phân tử đi được 1 mét, chúng ta sẽ tìm được thời gian ở tốc độ hydro là 1911 m/s, hóa ra là 0,00052 s.

Như bạn có thể thấy, thời gian rất ngắn.

Vấn đề lại phát sinh!

Giai đoạn học tài liệu giáo dục mới.

Không thể giải được bài toán này trong môi trường trường học; Otto Stern (1888-1970) đã làm điều đó cho chúng ta vào năm 1920, thay thế chuyển động tịnh tiến bằng chuyển động quay.

Chúng ta hãy xem một đoạn video ngắn và sau đó thảo luận về một số vấn đề.

Cài đặt được sử dụng bởi O. Stern là gì?

Thí nghiệm được thực hiện như thế nào?

Các giá trị tốc độ thu được gần với tốc độ tính theo công thức:

,
, Ở đâu – tốc độ tuyến tính của các điểm trên bề mặt hình trụ B.

, sau đó

, phù hợp với thuyết động học phân tử. Tốc độ của các phân tử trùng khớp với tốc độ tính toán thu được trên cơ sở MCT, đây là một trong những xác nhận tính hợp lệ của nó.

Từ thí nghiệm của O. Stern, người ta thấy rằng ở nhiệt độ 120 0 C, vận tốc của hầu hết các nguyên tử bạc nằm trong khoảng từ 500 m/s đến 625 m/s. Ví dụ, khi các điều kiện thí nghiệm thay đổi, nhiệt độ của chất tạo ra dây dẫn sẽ thu được các giá trị vận tốc khác, nhưng bản chất phân bố của các nguyên tử trong lớp lắng đọng không thay đổi.

Tại sao dải bạc trong thí nghiệm của Stern bị dịch chuyển và mờ ở các cạnh, đồng thời có độ dày không đồng đều?

Có thể rút ra kết luận gì về sự phân bố vận tốc của nguyên tử và phân tử?

Xem bảng số 12 của sách giáo khoa trang 98 về phân tử nitơ. Những gì có thể được nhìn thấy từ bảng?

Nhà vật lý người Anh D.C. Maxwell cũng cho rằng thật khó tin khi tất cả các phân tử đều chuyển động với cùng một tốc độ. Theo ông, ở bất kỳ nhiệt độ nào, hầu hết các phân tử đều có tốc độ nằm trong giới hạn khá hẹp, nhưng một số phân tử có thể chuyển động với tốc độ cao hơn hoặc thấp hơn. Hơn nữa, nhà khoa học tin rằng, trong mỗi thể tích khí ở một nhiệt độ nhất định đều có những phân tử có vận tốc rất thấp và rất cao. Va chạm với nhau, một số phân tử tăng tốc độ, trong khi những phân tử khác giảm tốc độ. Nhưng nếu khí ở trạng thái đứng yên thì số lượng phân tử với tốc độ này hoặc tốc độ khác không đổi. Dựa trên ý tưởng này, D. Maxwell nghiên cứu vấn đề phân bố vận tốc của các phân tử trong chất khí ở trạng thái đứng yên.

Ông đã thiết lập sự phụ thuộc này rất lâu trước các thí nghiệm của O. Stern. Kết quả công việc của D. K. Maxwell đã được công nhận rộng rãi nhưng chưa được xác nhận bằng thực nghiệm. Việc này được thực hiện bởi O. Stern.

Nghĩ về nó? Công lao của O. Stern là gì?

Chúng ta hãy nhìn vào hình. 64 trang 99 sách giáo khoa và xem xét bản chất của sự phân bố của các phân tử theo tốc độ.

Dạng của hàm phân bố vận tốc phân tử, mà D. Maxwell xác định về mặt lý thuyết, trùng khớp về mặt chất lượng với đặc điểm lắng đọng của các nguyên tử bạc trên một tấm đồng trong thí nghiệm của O. Stern.

Nghiên cứu hình dáng của dải bạc cho phép nhà khoa học kết luận sự tồn tại tốc độ trung bình có thể xảy ra nhất chuyển động của các hạt (tức là tốc độ di chuyển của số lượng phân tử lớn nhất).

Điểm cực đại của đường cong phân bố dịch chuyển ở đâu khi nhiệt độ tăng?

Ngoài tốc độ trung bình và có thể xảy ra nhất, chuyển động của các phân tử được đặc trưng bởi bình phương tốc độ trung bình:

và căn bậc hai của giá trị này là tốc độ bình phương trung bình gốc.

Chúng ta hãy xem lại nhận thức diễn ra như thế nào khi nghiên cứu câu hỏi về tốc độ chuyển động của các phân tử?

Giai đoạn củng cố kiến ​​thức đã học khi giải quyết vấn đề.

Hãy thực hiện các phép tính toán học và kiểm tra lý thuyết trong một tình huống cụ thể.

Nhiệm vụ số 1

Phân tử hơi bạc có tốc độ bao nhiêu nếu độ dịch chuyển góc của nó trong thí nghiệm của Stern là 5,4° ở tốc độ quay của thiết bị là 150 sˉ¹? Khoảng cách giữa các hình trụ bên trong và bên ngoài là 2 cm.

Giai đoạn khái quát hóa và tổng kết bài học

Hôm nay trong lớp chúng ta đã học về một trong những phương pháp xác định tốc độ chuyển động của các phân tử - phương pháp chùm tia phân tử do nhà vật lý người Đức Otto Stern đề xuất.

Tầm quan trọng của kinh nghiệm của O. Stern trong việc phát triển các ý tưởng về cấu trúc của vật chất là gì?

Thông tin về bài tập về nhà.

Sự phản xạ.

Trong bài học của chúng tôi, bạn đã thể hiện mình là một nhà lý thuyết có óc quan sát, không chỉ có khả năng nhận thấy mọi thứ mới mẻ và thú vị xung quanh mình mà còn có thể độc lập tiến hành nghiên cứu khoa học.

Bài học của chúng tôi đã kết thúc.

Hãy trả lời câu hỏi: “Bạn thích điều gì trong bài học?” và “Bạn đã nhớ được điều gì về bài học?”

Và để kết luận, tôi muốn trích dẫn lời của Virey:

“Mọi khám phá trong khoa học và triết học thường bắt nguồn từ sự khái quát hóa hoặc từ việc áp dụng một sự kiện vào những sự kiện tương tự khác.”

Cảm ơn các bạn đã làm việc cùng nhau. Tôi rất vui được gặp bạn. Thấy bạn!

Đề tài bài học: Xác định tốc độ chuyển động của phân tử.

(học sinh ghi ngày và chủ đề của bài học vào vở)

(câu trả lời của một số học sinh)

, Mặt khác

biết rằng
, từ đây

, hoặc
, Ở đâu

- hằng số khí phổ quát,
8,31

Tốc độ của phân tử bạc siêu âm thanh.

590m/s, cũng vậy!!! Không thể được!

Chúng ta nên tìm và đo tốc độ nào?

Các phân tử không khí can thiệp.

Nó đang giảm dần.

Chúng ta có tốc độ cao và không có gì ngăn cản các phân tử chuyển động?

Vận tốc đường đi tự do của phân tử.

Như nhau.

Làm thế nào để đo lường nó?

(xem video)

Việc lắp đặt bao gồm: một sợi bạch kim được phủ một lớp bạc mỏng, nằm dọc theo trục bên trong một hình trụ có bán kính và xi lanh ngoài . Không khí được sơ tán khỏi xi lanh bằng máy bơm.

Khi một dòng điện chạy qua dây, nó nóng lên đến nhiệt độ trên điểm nóng chảy của bạc 961,9 0 C. Thành của hình trụ bên ngoài được làm lạnh để các phân tử bạc lắng đọng tốt hơn trên đường đi của màn hình. Việc lắp đặt được quay với tốc độ góc 2500 – 2700 vòng/phút.

Khi quay thiết bị, dải bạc có hình dạng khác vì nếu tất cả các nguyên tử bay ra khỏi sợi chỉ có cùng tốc độ thì hình ảnh của khe trên màn hình sẽ không thay đổi về hình dạng và kích thước mà chỉ dịch chuyển. hơi lệch sang một bên. Độ mờ của dải bạc cho thấy các nguyên tử thoát ra khỏi dây tóc nóng đang chuyển động với tốc độ khác nhau. Các nguyên tử chuyển động nhanh ít hơn các nguyên tử chuyển động với tốc độ chậm hơn.

Sự phân bố của các nguyên tử và phân tử theo tốc độ thể hiện một mô hình nhất định đặc trưng cho chuyển động của chúng.

Bảng cho thấy số lượng phân tử nitơ lớn nhất có tốc độ từ 300 m/s đến 500 m/s.

91% phân tử có vận tốc nằm trong khoảng từ 100m/s đến 700m/s.

9% phân tử có tốc độ nhỏ hơn 100 m/s và lớn hơn 700 m/s.

O. Stern, sử dụng phương pháp chùm phân tử do nhà vật lý người Pháp Louis Dunoyer (1911) phát minh, đã đo tốc độ của các phân tử khí và xác nhận bằng thực nghiệm sự phân bố của các phân tử khí theo tốc độ mà D. C. Maxwell thu được. Kết quả thí nghiệm của Stern đã xác nhận tính đúng đắn của ước tính tốc độ trung bình của các nguyên tử, theo phân bố Maxwell.

Từ biểu đồ có thể xác định độ dịch chuyển của phần giữa của ảnh khe và từ đó tính toán tốc độ trung bình chuyển động của nguyên tử.

Tại T 2  T 1, mức tối đa của đường cong phân phối dịch chuyển sang vùng có giá trị tốc độ cao hơn.

Ban đầu, người ta đưa ra giả thuyết rằng các phân tử chuyển động với tốc độ khác nhau.

Những tốc độ này có liên quan đến nhiệt độ và có một quy luật nhất định về sự phân bố các phân tử theo tốc độ, được rút ra từ các quan sát, đặc biệt là chuyển động Brown.

Thí nghiệm này là một trong những thí nghiệm vật lý cơ bản. Hiện nay, việc giảng dạy nguyên tử-phân tử đã được xác nhận bằng nhiều thí nghiệm và được chấp nhận rộng rãi.

Phản ánh các hoạt động giáo dục

Hôm nay tôi mới biết...

Nó rất thú vị…

Thật là khó khăn…

Tôi nhận ra rằng...tôi đã học được...

Tôi đã rất ngạc nhiên...

Sách đã sử dụng:

1. N. S. Purysheva, N. E. Vazheevskaya, D. A. Isaev, sách giáo khoa “Vật lý - 10”, sách bài tập cho sách giáo khoa này.

   Vật lý: 3800 bài toán dành cho học sinh và sinh viên vào đại học. – M.: Bustard, 2000.

   Rymkevich A.P. Tuyển tập các bài toán vật lý. lớp 10-11 – M.: Bustard, 2010.

   L.A. Kirik “Công việc độc lập và thử nghiệm trong vật lý.” Lớp 10. M.: Ilexa, Kharkov: Nhà thi đấu, 1999.

   Bách khoa toàn thư dành cho trẻ em. Kỹ thuật. M.: Avanta+, 1999.

   Bách khoa toàn thư dành cho trẻ em. Vật lý. Phần I. M.: Avanta+, 1999.

   Bách khoa toàn thư dành cho trẻ em. Vật lý. Ch.P.M.: Avanta+, 1999.

   Thí nghiệm vật lý ở trường./ Comp. G. P. Mansvetova, V. F. Gudkova. - M.: Giáo dục, 1981.

   Glazunov A. T. Công nghệ trong môn vật lý trung học. M.: Giáo dục, 1977.

Ứng dụng điện tử:

L. Ya. Borevsky “Khóa học vật lý của thế kỷ XXI”, cơ bản + dành cho học sinh và người nộp đơn. MediaHouse. 2004

Khóa học vật lý tương tác lớp 7 – 11. Vật lý LLC, 2004. Phiên bản tiếng Nga của “Vật lý sống”, Viện Công nghệ mới

Vật lý lớp X-XI. Khóa học đa phương tiện-M.: Nhà xuất bản Russobit LLC.-2004 (http://www.russobit-m.ru/)

Vật lý mở. Trong 2 giờ (CD) / Ed. CM. Con dê. – M.: Physikon LLC. - 2002 (http://www.phycon.ru/.)

Giả định rằng các phân tử của cơ thể có thể có tốc độ bất kỳ lần đầu tiên được chứng minh về mặt lý thuyết vào năm 1856 bởi một nhà vật lý người Anh. J. Maxwell. Ông tin rằng tốc độ của các phân tử tại một thời điểm nhất định là ngẫu nhiên, và do đó sự phân bố tốc độ của chúng có tính chất thống kê ( phân phối Maxwell).

Bản chất của sự phân bố vận tốc của các phân tử mà ông đã thiết lập được biểu diễn bằng đồ họa bằng đường cong như trong Hình 2. 1.17. Sự hiện diện của một cực đại (gỗ) cho thấy vận tốc của hầu hết các phân tử nằm trong một khoảng nhất định. Nó không đối xứng, vì có ít phân tử có tốc độ cao hơn so với các phân tử nhỏ.

Các phân tử nhanh quyết định tiến trình của nhiều quá trình vật lý trong điều kiện bình thường. Ví dụ, nhờ chúng mà sự bay hơi của chất lỏng xảy ra, vì ở nhiệt độ phòng, hầu hết các phân tử không có đủ năng lượng để phá vỡ liên kết với các phân tử khác (cao hơn nhiều (3 / 2 kT), nhưng đối với các phân tử có tốc độ cao nó là đủ.

Cơm. 1.18. Kinh nghiệm của O. Stern

Sự phân bố vận tốc Maxwell của các phân tử vẫn chưa được xác nhận bằng thực nghiệm trong một thời gian dài, và chỉ đến năm 1920, nhà khoa học người Đức O. đuôi tàuđã đo được bằng thực nghiệm tốc độ chuyển động nhiệt của các phân tử.

Trên một bàn nằm ngang có thể quay quanh một trục thẳng đứng (Hình 1.18) có hai hình trụ đồng trục A và B. Từ đó không khí được bơm ra ngoài với áp suất khoảng 10 -8 Pa. Dọc theo trục của các hình trụ có một sợi dây C bạch kim được phủ một lớp bạc mỏng. Khi một dòng điện chạy qua dây, nó nóng lên và bạc bốc hơi mạnh khỏi bề mặt của nó, phần lớn lắng đọng ở bề mặt bên trong của hình trụ A. Một số phân tử bạc đi qua một khe hẹp trong hình trụ A ra bên ngoài, kết thúc lên trên bề mặt của hình trụ B. Nếu các hình trụ không quay, thì các phân tử bạc chuyển động theo đường thẳng sẽ ổn định đối diện với khe trong đường tròn điểm D. Khi hệ chuyển động với vận tốc góc khoảng 2500. -2700 vòng/giây, hình ảnh của khe dịch chuyển về điểm E, và các cạnh của nó bị “xói mòn”, tạo thành một gò đất có độ dốc thoải.

Trong khoa học Kinh nghiệm nghiêm khắc cuối cùng đã xác nhận tính đúng đắn của lý thuyết động học phân tử.

Có tính đến sự dịch chuyển tôi =v. t = ω Con chuột, và thời gian bay của các phân tử t = (R B -RA) /v, chúng tôi nhận được:

tôi =ω(R B -R A)R A /v.

Như có thể thấy từ công thức, sự dịch chuyển của một phân tử khỏi điểm D phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của nó. Tính tốc độ của các phân tử bạc từ dữ liệu kinh nghiệm của Sternở nhiệt độ cuộn dây khoảng 1200 °C, họ đưa ra các giá trị nằm trong khoảng từ 560 đến 640 m/s, rất phù hợp với tốc độ phân tử trung bình được xác định theo lý thuyết là 584 m/s.

Tốc độ chuyển động nhiệt trung bình của các phân tử khí có thể được tìm thấy bằng phương trình p =bước sóng 0v̅ 2 x:

E = (3/2). kT = m 0 v̅ 2 / 2.

Do đó bình phương trung bình của tốc độ chuyển động tịnh tiến của phân tử bằng:

v̅ 2 = 3kT/m 0 , hoặc v=√(v̅ 2) =√(3 kT/m0). Tài liệu từ trang web

Căn bậc hai của bình phương trung bình của tốc độ phân tử được gọi là tốc độ bình phương trung bình.

Xét rằng k = R / N A và m 0 = M / N A , từ công thức v=√(3 kT/m 0) chúng tôi nhận được:

v=√ (3RT/M).

Sử dụng công thức này, bạn có thể tính tốc độ bình phương trung bình gốc của các phân tử đối với bất kỳ loại khí nào. Ví dụ: ở 20°C ( T= 293K) đối với oxy là 478 m/s, đối với không khí - 502 m/s, đối với hydro - 1911 m/s. Ngay cả ở những tốc độ đáng kể như vậy (xấp xỉ bằng tốc độ truyền âm trong một loại khí nhất định), chuyển động của các phân tử khí không quá nhanh vì có nhiều va chạm xảy ra giữa chúng. Do đó, quỹ đạo chuyển động của phân tử giống với quỹ đạo của hạt Brown.

Tốc độ bình phương trung bình gốc của một phân tử không khác biệt đáng kể so với tốc độ trung bình của chuyển động nhiệt của nó - nó lớn hơn khoảng 1,2 lần.

Trên trang này có tài liệu về các chủ đề sau:

• Tóm tắt về trải nghiệm nghiêm khắc

• Bài học tốc độ phân tử

• Vimiryuvannya tính lưu loát của các phân tử roukh được ghi chú bài học nghiêm khắc

• Bản chất của trải nghiệm nghiêm khắc

• Kinh nghiệm vật lý nghiêm khắc

Câu hỏi về tài liệu này:

Trong phần câu hỏi Kinh nghiệm của Stern? kể ngắn gọn điều quan trọng nhất mà tác giả yêu cầu Bác sĩ thần kinh câu trả lời tốt nhất là Thí nghiệm Stern là thí nghiệm được thực hiện lần đầu tiên bởi nhà vật lý người Đức Otto Stern vào năm 1920. Thí nghiệm này là một trong những bằng chứng thực tế đầu tiên về giá trị của lý thuyết động học phân tử về cấu trúc của vật chất. Nó trực tiếp đo tốc độ chuyển động nhiệt của các phân tử và xác nhận sự hiện diện của sự phân bố các phân tử khí theo tốc độ.
Để tiến hành thí nghiệm, Stern đã chuẩn bị một thiết bị gồm hai hình trụ có bán kính khác nhau, trục của chúng trùng nhau và một dây bạch kim phủ một lớp bạc được đặt trên đó. Áp suất đủ thấp được duy trì trong không gian bên trong xi lanh thông qua việc bơm không khí liên tục. Khi cho dòng điện chạy qua dây dẫn, bạc đạt đến nhiệt độ nóng chảy, do đó các nguyên tử bắt đầu bay hơi và bay vào bề mặt bên trong của hình trụ nhỏ một cách đều và thẳng với tốc độ v tương ứng với điện áp đặt vào đầu của sợi chỉ. Một khe hẹp được tạo ra ở hình trụ bên trong, qua đó các nguyên tử có thể bay xa hơn mà không bị cản trở. Thành của các hình trụ được làm mát đặc biệt, góp phần vào việc “lắng đọng” các nguyên tử rơi vào chúng. Ở trạng thái này, một dải mảng bạc hẹp khá rõ ràng hình thành trên bề mặt bên trong của hình trụ lớn, nằm ngay đối diện với khe của hình trụ nhỏ. Sau đó toàn bộ hệ bắt đầu quay với một vận tốc góc đủ lớn nhất định ω. Trong trường hợp này, dải mảng bám dịch chuyển theo hướng ngược lại với hướng quay và mất đi độ rõ nét. Bằng cách đo độ dịch chuyển s của phần tối nhất của dải so với vị trí của nó khi hệ đứng yên, Stern xác định được thời gian bay, sau đó ông tìm ra tốc độ chuyển động của các phân tử:

,
Trong đó s là độ dịch chuyển của dải, l là khoảng cách giữa các hình trụ và u là tốc độ chuyển động của các điểm của hình trụ ngoài.
Tốc độ chuyển động của các nguyên tử bạc được tìm thấy theo cách này trùng khớp với tốc độ được tính toán theo các định luật của lý thuyết động học phân tử, và việc dải kết quả bị mờ chứng tỏ rằng tốc độ của các nguyên tử là khác nhau và phân bố theo một định luật nhất định - định luật phân bố Maxwell: các nguyên tử, những nguyên tử chuyển động nhanh hơn sẽ dịch chuyển so với dải thu được khi đứng yên một khoảng cách ngắn hơn so với những nguyên tử chuyển động chậm hơn
Người giữ chìa khóa
chuyên nghiệp
(641)
bạn phải chọn, nhưng bạn muốn gì?

BROWN Robert (), nhà thực vật học người Anh đã mô tả nhân của tế bào thực vật và cấu trúc của noãn. Năm 1828, ông xuất bản “Báo cáo tóm tắt về các quan sát bằng kính hiển vi…”, trong đó ông mô tả chuyển động của các hạt Brown mà ông đã phát hiện ra. Mô tả nhân của tế bào thực vật và cấu trúc của noãn. Năm 1828, ông xuất bản “Báo cáo tóm tắt về các quan sát bằng kính hiển vi…”, trong đó ông mô tả chuyển động của các hạt Brown mà ông đã phát hiện ra.

Chuyển động Brown là chuyển động nhiệt của các hạt lơ lửng trong chất lỏng hoặc chất khí. Ông quan sát hiện tượng này bằng cách kiểm tra các bào tử rêu lơ lửng trong nước qua kính hiển vi. Chuyển động Brown không bao giờ dừng lại; các hạt chuyển động ngẫu nhiên. Đây là chuyển động nhiệt.

PERRIN Jean Baptiste (), nhà vật lý người Pháp. Các nghiên cứu thực nghiệm của Perrin về chuyển động Brown () cuối cùng đã chứng minh được sự tồn tại thực tế của các phân tử. Giải Nobel (1926).

Các thí nghiệm của Perrin đã quan sát thấy các hạt Brownian trong các lớp chất lỏng rất mỏng Kết luận rằng nồng độ của các hạt trong trường hấp dẫn sẽ giảm theo độ cao tuân theo định luật giống như nồng độ của các phân tử khí. Ưu điểm là khối lượng của hạt Brownian xảy ra nhanh hơn do có khối lượng lớn. Dựa trên việc đếm các hạt này ở các độ cao khác nhau, chúng tôi đã xác định được hằng số Avogadro theo một cách mới.

MAXWELL James Clerk ((), nhà vật lý người Anh, người tạo ra điện động lực học cổ điển, một trong những người sáng lập vật lý thống kê Maxwell là người đầu tiên đưa ra tuyên bố về bản chất thống kê của các định luật tự nhiên. Năm 1866, ông phát hiện ra định luật thống kê đầu tiên, định luật định luật phân bố tốc độ của phân tử (phân phối Maxwell).

Ludwig BOLZMANN, nhà vật lý người Áo, một trong những người sáng lập vật lý thống kê và động học vật lý. Ông đã suy ra hàm phân bố mang tên ông và phương trình động học cơ bản của chất khí. Boltzmann đã khái quát hóa định luật phân bố vận tốc của các phân tử trong chất khí nằm trong trường ngoại lực và thiết lập công thức phân bố các phân tử khí dọc theo tọa độ khi có trường thế tùy ý ( ).

Otto Stern (), nhà vật lý. Sinh ra ở Đức, từ năm 1933 ông sống ở Mỹ. Otto Stern đã đo (1920) tốc độ chuyển động nhiệt của các phân tử khí (thí nghiệm của Stern). Việc xác định thực nghiệm tốc độ chuyển động nhiệt của các phân tử khí do O. Stern thực hiện đã xác nhận tính đúng đắn của nền tảng của lý thuyết động học của chất khí. Giải Nobel, 1943.

Thí nghiệm của Stern Các hình trụ bắt đầu quay với vận tốc góc không đổi. Bây giờ các nguyên tử đi qua khe không còn nằm trực tiếp đối diện với khe nữa mà bị dịch chuyển một khoảng cách nhất định, vì trong quá trình bay của chúng, hình trụ bên ngoài đã quay được một góc nhất định. Khi các hình trụ quay với tốc độ không đổi, vị trí của dải do các nguyên tử tạo thành ở hình trụ bên ngoài sẽ dịch chuyển một khoảng nhất định.

Thí nghiệm của Stern Khi biết bán kính của các hình trụ, tốc độ quay của chúng và độ lớn dịch chuyển, người ta dễ dàng tìm ra tốc độ chuyển động của các nguyên tử. Thời gian bay của nguyên tử t từ khe đến thành của hình trụ ngoài có thể được tìm bằng cách chia quãng đường di chuyển của nguyên tử và bằng hiệu giữa bán kính của hình trụ với tốc độ của nguyên tử v. Trong thời gian này, các ống trụ quay một góc φ, giá trị của góc này có thể tìm được bằng cách nhân vận tốc góc ω với thời gian t. Biết giá trị góc quay và bán kính của hình trụ ngoài R 2, người ta dễ dàng tìm được giá trị độ dịch chuyển L và thu được biểu thức từ đó có thể biểu thị tốc độ chuyển động của nguyên tử

Hãy suy nghĩ... Thí nghiệm của Stern được lặp lại nhiều lần giúp người ta có thể chứng minh rằng khi nhiệt độ tăng lên, phần của dải có độ dày tối đa sẽ dịch chuyển về phần đầu. Nó có nghĩa là gì? Trả lời: khi nhiệt độ tăng, tốc độ của các phân tử tăng lên và khi đó tốc độ có thể xảy ra nhất là ở vùng nhiệt độ cao.