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

60425. Палити чи не палити? 1.5 MB
  Отже тема нашої виховної години Палити чи не палити. Дати відповідь на ці запитання ми з вами зможемо після того як переглянемо сторінки усного журналу Палити чи не палити.
60426. Жири. Склад, будова, властивості, біологічне значення і практичне застосування жирів 2.18 MB
  Тематичні питання: Який склад жирів Яка будова жирів Що являють собою жири як хімічні речовини Які хімічні властивості жирів Які властивості насичених І ненасичених жирів...
60427. Урок цікавої математики. Розв’язування логічних задач 91.5 KB
  Мета уроку: формувати в учнів навички розвязування логічних задач; розвивати логічне мислення, культуру математичного мовлення та мислення; виховувати стійкий інтерес до предмета...
60428. Звички і здоров’я 76.5 KB
  Мета: Розкрити чинники які впливають на формування корисних і шкідливих звичок сприяти усвідомленню необхідності формувати корисні звички і позбутися шкідливих. Саме про звички ми сьогодні і поговоримо.
60429. Будова і функції шлунка. Травлення в шлунку 147.5 KB
  Цілі: вивчити будову та особливості травлення у шлунку; розвивати логічне мислення учнів, установлюючи взаємозв’язки будови і функцій шлунка; здійснювати валеологічне виховання школярів.
60431. Рыночный механизм формирования цен 1.82 MB
  Цена является сложной экономической категорией, так как в ней пересекаются многие основные проблемы развития общества и экономики в целом. Различают две основные теории цены. По мнению сторонников первой из них, цена показывает стоимость товаров.
60432. Умовність, узагальнення. Стилізація. «Зима і весна. Стрітення» 265.5 KB
  Основні поняття: стилізація зображення. Актуалізація опорних знань і вмінь Прийом Мозковий штурм Учитель пропонує учням пригадати відомості про декор орнамент та прийоми створення декоративного зображення.