Читайте также:
|
Ширина полоски из серебра при неподвижной установке составила 0,4 мм. При вращении установки смещение полоски также не превысило нескольких долей миллиметра (0,035 – 0,063 см). По величине смещения полоски серебра была определена скорость движения атомов, которая составила около 600 м/с [17, с.147]
Другим важным результатом опыта О. Штерна явилось то, что полоска серебра при вращении прибора приобрела принципиально другой вид. Оказалось, что изображение щели не просто сместилось, но оно стало еще и размытым. Если бы все атомы, вылетающие из нити, имели одинаковую скорость, то изображение щели на экране не изменилось бы по форме и размеру, а лишь немного бы сместилось в сторону. Размытость же полоски из серебра позволила О. Штерну сделать заключение о том, что вылетающие из раскаленной нити атомы движутся с разными скоростями. Атомы, движущиеся быстро, смещались меньше, чем атомы движущиеся с меньшей скоростью.
Возникла проблема определения скорости движения атомов серебра. В этой ситуации можно было определить только смещение для середины изображения щели и, соответственно, вычислить среднюю скорость движения атомов [8, С. 49].
Температура нити в опытах О.Штерна равнялась 1225°С, что соответствует среднеквадратичной скорости = 588 м/с. О.Штерном для этого значения температуры были получены значения скорости движения атомов серебра от 560 до 640 м/с.
Изучение профиля полоски серебра позволило ученому сделать вывод о существовании наиболее вероятной средней скорости движения частиц (т.е. скорости с которой движется наибольшее число молекул).
С ростом температуры профиль полоски серебра смещался меньше, что убедительно свидетельствовало о зависимости средней скорости движения частиц от температуры металла.
Как видно, результаты опыта О.Штерна хорошо согласовались с предварительными теоретическими расчетами и выводами
ОБЪЯСНЕНИЕ ДАННЫХ ОПЫТА С ПОЗИЦИИ СОВРЕМЕННЫХ НАУЧНЫХ ТЕОРИЙ
Результаты опыта О. Штерна подтвердили справедливость предсказанного Р.Клаузиусом значения скорости движения молекул газа, послужили ярким доказательством верности полученного Д. Максвеллом закона распределения числа молекул по скоростям и явились, в конечном счете, блестящим свидетельством правильности молекулярно-кинетических представлений о строении вещества, а также статистического характера закономерностей, которым подчиняется поведение молекулярных систем.
21 сентября 1859 г. на собрании Британской Ассоциации содействия прогрессу наук Джеймс Клерк Максвелл сделал доклад «Пояснения к динамической теории газов». Д. Максвелл отметил, что из молекулярной гипотезы «... может быть выведено так много свойств материи, в особенности, если ее рассматривать в газообразной форме, что истинная природа этого движения является предметом естественного интереса».
Д. Максвелл считал невероятным, что все молекулы движутся с одной скоростью. По его мнению, при каждой заданной температуре большинство молекул обладает скоростями, лежащими в довольно узких пределах, но некоторые молекулы могут двигаться с большей или меньшей скоростью. Более того, считал ученый, в каждом объеме газа при той или иной температуре есть молекулы, обладающие как очень малыми, так и очень большими скоростями. Сталкиваясь между собой, одни молекулы увеличивают скорость, а другие уменьшают. Но если газ находится в стационарном состоянии, то число молекул, обладающих той или иной скоростью, остается постоянным. Исходя из такого представления, Д. Максвелл исследовал вопрос о распределении молекул по скоростям в газе, находящемся в стационарном состоянии.
На основе законов механики он теоретически исследует движение и столкновение некоторого числа твердых упругих шаров малого размера и приходит к выводу, что в такой системе в результате взаимных столкновений устанавливается распределение «живых сил»(в современной терминологии – кинетической энергии) между частицами «согласно некоторому правильному закону». При этом возможно определить «среднее число частиц, скорости которых лежат между определенными пределами, хотя скорость каждой отдельной частицы изменяется при каждом столкновении». Д. Максвелл в качестве общего вывода констатирует, что «скорости распределяются между частицами по тому же закону, по которому распределяются ошибки между наблюдениями в теории «метода наименьших квадратов». Скорости молекул, согласно его расчетам, лежат в пределах от 0 до, однако число молекул, имеющих очень большие скорости, по мнению Д. Максвелла, сравнительно невелико.
В ходе данных исследований Д.Максвелл ввел в физику понятие вероятности, до этого понятием вероятности оперировали только математики. Примечательно, что в резюме к докладу Д. Максвелл ни слова не говорит об открытом им законе распределения скоростей. Между тем именно в этом открытии сейчас мы видим одну из главных заслуг Д. Максвелла.
Массовость и случайность событий в микромире определяют статистический характер открытого Д.Максвеллом закона. Согласно этому закону нельзя сказать, сколько частиц тела имеют определенные скорости или координаты в данный момент времени (строго говоря, ни одной), можно лишь рассчитать вероятность нахождения в заданном объеме той или иной частицы со скоростью из заданного интервала скоростей. Можно также ответить на вопрос: сколько (приблизительно, но достаточно обоснованно) частиц тела в данный момент имеют скорости и координаты из заданных интервалов. Причем точность ответа на этот вопрос будет тем выше, чем больше частиц в рассматриваемом объеме.
Вид функции распределения молекул по скорости движения Д. Максвелл определил теоретическим путем (на основе теории вероятностей). Максвелловская функция распределения, называемая законом Максвелла, выражается следующей формулой: 
,где n - общее число молекул, - молярная масса газа, R - универсальная газовая постоянная, е - основание натурального логарифма.
На основе выведенной им формулы Д. Максвелл смог определить, например, что у молекулы азота при температуре 140° С наиболее вероятная скорость равна 500 м/с. Со скоростью от 300 до 700 м/с движется 59 % молекул. Меньшей скоростью обладает 12,6%, а большей – 28,4 % всех молекул.
Дата добавления: 2015-01-30; просмотров: 131 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |