74793

Опыт Перрена. Число столкновений, среднее время между столкновениями и средняя длина свободного пробега молекул. Статистическое понятие вакуума

Доклад

Физика

Число столкновений среднее время между столкновениями и средняя длина свободного пробега молекул. Используя молекулярно-кинетическую теорию разработал теорию броуновского движения. Опыты Перрена показали что закономерности броуновского движения предсказанные...

Русский

2015-01-05

45.5 KB

6 чел.

33.Опыт Перрена. Число столкновений, среднее время между столкновениями и средняя длина свободного пробега молекул. Статистическое понятие вакуума.

Действительно, решающими экспериментами были опыты французского физика Жана Перрена по изучению количественных закономерностей броуновского движения, выполненные в 1908—1911 гг. Эти опыты были поставлены после того, как А. Эйнштейн в 1905 г., используя молекулярнокинетическую теорию, разработал теорию броуновского движения. А. Эйнштейн доказал, что хаотическое движение броуновской частицы должно подчиняться закону где Дл:2 — средний квадрат смещения броуновской частицы за время At, Т — температура, /VA — постоянная Авогадро, b — постоянная, зависящая от формы и размеров броуновской частицы и свойств жидкости. Опыты Перрена показали, что закономерности броуновского движения, предсказанные молекулярно-кинетической теорией, полностью подтверждаются экспериментом, т. е. средний квадрат смещения броуновской частицы прямо пропорционален абсолютной температуре "газа или жидкости и первой степени интервала времени, за которое происходит смещение. Это совпадение результатов теории и эксперимента является одним из решающих доказательств справедливости основных положений молекулярно-кинетической теории. Кроме того, Перрен изучал распределение броуновских частиц в поле тяжести. В этих опытах было установлено, что распределение частиц по высоте полностью согласуется с теоретически полученной барометрической формулой. На основании результатов опытов Перрена была определена постоянная Авогадро.

Молекулы газа, находясь в состоянии хаотического движения, непрерывно сталкиваются друг с другом. Между двумя последовательными столкновениями молекулы проходят некоторый путь l, который называется длиной свободного пробега. В общем случае длина пути между последовательными столкновениями различна, но так как мы имеем дело с огромным числом молекул и они находятся в беспорядочном движении, то можно говорить о средней длине свободного пробега молекул <l>.Минимальное расстояние, на которое сближаются при столкновении центры двух молекул, называется эффективным диаметром молекулы d (рис. 68). Он зависит от скорости сталкивающихся молекул, т. е. от температуры газа (несколько уменьшается с ростом температуры).Так как за 1 с молекула проходит в среднем путь, равный средней арифметической скорости <v>, и если <z> — среднее число столкновений, испытываемых одной молекулой газа за 1 с, то средняя длина свободного пробега

Для определения <z> представим себе молекулу в виде шарика диаметром d, которая движется среди других «застывших» молекул. Эта молекула столкнется только с теми молекулами, центры которых находятся на расстояниях, равных или меньших d, т. е. лежат внутри «ломаного» цилиндра радиусом d (рис. 69).Среднее число столкновений за 1 с равно числу молекул в объеме «ломаного» цилиндра:где п — концентрация молекул, V = d2 <v> <v> — средняя скорость молекулы или путь, пройденным ею за 1 с). Таким образом, среднее число столкновенийРасчеты показывают, что при учете движения других молекулТогда средняя длина свободного пробегат. е. <l> обратно пропорциональна концентрации n молекул. С другой стороны, из (42.6) следует, что при постоянной температуре n пропорциональна давлению р. Следовательно,

Если из сосуда откачивать газ, то по мере понижения давления число столкновений молекул друг с другом уменьшается, что приводит к увеличению их длины свободного пробега. При достаточно большом разрежении столкновения между молекулами относительно редки, поэтому основную роль играют столкновения молекул со стенками сосуда. 

Вакуумом называется состояние газа, при котором средняя длина свободного пробега <l> сравнима или больше характерного линейного размера d сосуда, в котором газ находится. В зависимости от соотношения <l> и d различают низкий (<l> << d), средний (<l>  d), высокий (<l> > d) и сверхвысокий (<l> >> d) вакуум. Газ в состоянии высокого вакуума называется ультраразреженным. Вопросы создания вакуума имеют большое значение в технике, так как, например, во многих современных электронных приборах используются электронные пучки, формирование которых возможно лишь в условиях вакуума. Для получения различных степеней разрежения применяются вакуумные насосы. В настоящее время применяются вакуумные насосы, позволяющие получить предварительное разрежение (форвакуум) до 0,13 Па, а также вакуумные насосы и лабораторные приспособления, позволяющие получить давление до 13,3 мкПа — 1,33 пПа (10–7 —10–14 мм рт. ст.).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

66049. Автоматизация для паровых котлов ДЕ 16-14 101.5 KB
  Схема автоматики безопасности выполняет функцию защиты котла. Она обеспечивает правильную последовательность действий при пуске котла и его отключении, при возникновении аварийных ситуаций. В схему входят: датчики, электро-коммуникации, щит управления, исполнительные механизмы, схема предупредительной и аварийной сигнализации.
66050. Целевые бюджетные фонды 13.91 KB
  Понятие целевые бюджетные фонды появилось в 1995 г. когда подобный статус был закреплен за некоторыми ранее внебюджетными фондами создаваемыми в качестве целевого источника финансирования отдельных государственных расходов и отдельными...
66052. Лондонский клуб Парижский клуб и РФ 61.5 KB
  Клуб практикует продление сроков погашения долга или его части списание 3060 задолженности наименее развитых государств продажу их долгов третьим странам или международным организациям. По результатам переговоров с должниками на многосторонней основе члены Парижского клуба подписывают...
66053. ЗОЛОТОВАЛЮТНЫЕ РЕЗЕРВЫ МИРА И РФ 640.5 KB
  В мировой практике под золотовалютными резервами понимаются официальные запасы золота и иностранной валюты в центральном банке и финансовых органах страны, включая счета в международных валютно-кредитных организациях.
66055. Антикризисная политика Франции 42.5 KB
  Налоговые льготы бизнесу и наиболее обеспеченным французам: налоговый щит максимальный уровень налога на доходы на уровне 50 от всех доходов физического лица вместо существовавших 60 и отмена налога на доходы на недвижимость постоянного проживания...
66056. Бюджетный дефицит 21.29 KB
  Бюджетный дефицит превышение расходов бюджета над его доходами Наиболее часто встречающаяся в экономической практике сложная ситуация это дефицит бюджета т. Дефицит рассматривается как временный если имеются перспективы его преодоления и он...
66057. Группа «большая семерка» - G-7 52 KB
  В G7 или большую семерку ведущих стран мира входят Канада Франция Германия Италия Япония Соединенное Королевство и США. На долю этих стран взятых вместе приходится две трети объема мирового производства. Первая встреча представителей этих стран состоялась в 1975 году в Рамбуйе Франция.