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

5 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

61150. Греція вXI—VI ст. до н. е 67.5 KB
  Після цього уроку учні зможуть: називати час Гомерівського періоду в історії Греції великої грецької колонізації; показувати на карті напрями грецької колонізації; застосовувати та пояснювати на прикладах поняття та терміни: колонія метрополія...
61151. БЕЗОСОБОВІ РЕЧЕННЯ 228 KB
  Внутрішньопредметні зв’язки: Культура мовлення і стилістика: речення двоскладні й односкладні безособові як синтаксичні синоніми. Текст риторичний аспект: безособові речення як виражальний засіб у художніх творах.
61152. Давня Спарта 58 KB
  Ознайомити учнів з особливостями державного устрою Спарти удосконалити навички порівняння однотипних явищ установлення причинно-наслідкових звязків формувати вміння висловлювати власну думку.
61153. Трудове право 92.69 KB
  Розвивати навички учнів аналізувати поняття, працювати з різними джерелами інформації, формувати правову компетентність школярів як учасників трудових правовідносин.
61154. НАЗИВНІ РЕЧЕННЯ 261.5 KB
  Текст риторичний аспект: односкладні називні речення як риторична фігура зачину або оклику у висловлюваннях різної стильової належності. Розвиток неперервної пошукової пізнавальної активності восьмикласників...
61155. Утворення Афінської держави 75.5 KB
  Розглянути особливості державного устрою Афін; удосконалити навички роботи зі схемою оволодіння новим матеріалом в інтерактивній формі; поглибити розуміння сутності поняття держава. Після цього уроку учні зможуть: називати час проведення реформ Солона утвердження тиранії Пісістрата в Афінах...
61156. ОДНОСКЛАДНІ РЕЧЕННЯ ЯК ЧАСТИНИ СКЛАДНОГО РЕЧЕННЯ. СИНТАКСИЧНИЙ РОЗБІР ОДНОСКЛАДНИХ РЕЧЕНЬ 547.43 KB
  Поглибити знання учнів про односкладні речення як частини складних речень; розвивати вміння аналізувати складні речення, до складу яких входять умовно односкладні речення, моделювати й конструювати складні речення з різними частинами; структурувати вивчений матеріал шляхом здійснення морфологічного розбору односкладних речень
61157. УСНЕ ПОВІДОМЛЕННЯ НА ТЕМУ ПРО МОВУ, ЩО ВИМАГАЄ ЗІСТАВЛЕННЯ Й УЗАГАЛЬНЕННЯ МАТЕРІАЛУ, В НАУКОВОМУ СТИЛІ 27.36 KB
  Поглибити знання восьмикласників про особливості побудови усного повідомлення на тему про мову в науковому стилі, про підвиди наукового стилю: власне науковий, науково-навчальний, науково-популярний
61158. ПОВНІ Й НЕПОВНІ РЕЧЕННЯ. ТИРЕ В НЕПОВНИХ РЕЧЕННЯХ 347.23 KB
  Поглибити знання учнів про повні й неповні речення, сформувати вміння й навички виділяти неповні речення з-поміж повних речень, розвивати вміння користуватися цими видами синтаксичних одиниць в усному й писемному мовленні, удосконалити навички вживання тире в неповних реченнях