Припущення, що молекули тіла можуть мати будь-яку швидкість, спочатку теоретично довів в 1856 році англійський фізик Дж. Максвелл. Він вважав, що швидкість молекул в даний момент часу є випадковою, і тому їх розподіл за швидкостями носить статистичний характер (розподіл Максвелла).
Встановлений їм характер розподілу молекул за швидкостями графічно представлений кривої, зображеної на рис. 1.17. Наявність у неї максимуму (бугра) свідчить про те, що швидкості більшості молекул припадають на певний інтервал. Вона несиметрична, оскільки молекул з великими швидкостями менше, ніж з невеликими.
Швидкі молекули визначають протягом багатьох фізичних процесів при звичайних умовах. Наприклад, завдяки їм відбувається випаровування рідин, адже при кімнатній температурі більшості молекул недостатньо енергії, щоб розірвати зв'язок з іншими молекулами (вона набагато вище (3/2) • kT), а у молекул з високими швидкостями вона достатня.
Мал. 1.17. Розподіл молекул по ско-зростання (розподіл Максвелла)
Мал. 1.18. Досвід О. Штерна
Розподіл молекул за швидкостями Максвелла протягом тривалого часу залишалося експериментально непідтвердженими, і лише в 1920 році німецький вчений О. Штерн зумів експериментально виміряти швидкості теплового руху молекул.
На горизонтальному столі, який міг повертатися навколо вертикальної осі (рис. 1.18), знаходилися два коаксіальних циліндра A і B. з яких відкачували повітря до тиску порядку 10 -8 Па. Уздовж осі циліндрів перебувала платинова дріт C, покрита тонким шаром срібла. При проходженні по дроті електричного струму вона нагрівалася, і з її поверхні інтенсивно випаровується срібло, яке переважно осідало на внутрішній поверхні циліндра A. Частина молекул срібла проходила крізь вузьку щілину в циліндрі A назовні, потрапляючи на поверхню циліндра B. Якщо циліндри не обертається, молекули срібла, рухаючись прямолінійно, осідали навпаки щілини в окружності точки D. Коли ж систему приводили в рух з кутовою швидкістю близько 2500-2700 об / с, зображення щілини зміщувалося в точку E, а її краї «розмивалися», про азовивая бугор з пологими схилами.
У науці досвід Штерна остаточно підтвердив справедливість молекулярно-кінетичної теорії.
Як видно з формули, змішання молекули від точки D залежить від швидкості її руху. Обчислення швидкості молекул срібла за даними досвіду Штерна при температурі спіралі близько 1200 ° C давали значення в межах від 560 до 640 м / c, що добре поєднувалося з теоретично певної середньою швидкістю молекул 584 м / с.
Середня швидкість теплового руху молекул газу може бути знайдена за допомогою рівняння p = nm0v̅ 2 х:
Звідси середній квадрат швидкості поступального руху молекули дорівнює:
Корінь квадратний із середнього квадрата швидкості молекули називається середньої квадратичної швидкістю.
За цією формулою можна обчислити середню квадратичну швидкість молекул для будь-якого газу. Наприклад, при 20 ° C (T = 293K) для кисню вона дорівнює 478 м / с, для повітря - 502 м / с, для водню - 1911 рр м / с. Навіть при таких значних швидкостях (приблизно дорівнює швидкості поширення звуку в даному газі) пересування молекул газу не таке вже стрімке, оскільки між ними відбуваються численні зіткнення. Тому траєкторія руху молекули нагадує траєкторію руху броунівський частинки.
Середня квадратична швидкість молекули не суттєво відрізняється від середньої швидкості її теплового руху - вона приблизно в 1,2 рази більше.
На цій сторінці матеріал за темами: