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

20992. Розробка цифрових нерекурсивних та рекурсивних фільтрів в LabVIEW 146.2 KB
  Розміщуємо на блокдіаграмі експрес ВП DFD. Classical Filter Design Functions → Addons → Digital Filter Design → Filter Design → DFD Classical Filter Design Функції → Додаткові → Проектування цифрових фільтрів → Проектування фільтрів → DFD Класична розробка фільтрів. Рисунок 1 Конфігурація FIR ФНЧ Розміщуємо на блокдіаграмі експрес ВП DFD Filter Analysis Аналіз фільтру Functions → Addons → Digital Filter Design → Filter Analysis → DFI Filter Analysis Функції → Додаткові → Проектування цифрових фільтрів → Аналіз фільтрів →...
20993. Дослідження загальної процедури цифрових фільтрів в LabVIEW 240.66 KB
  розміщуємо три горизонтальні повзункові регулятори Horizontal Pointer Slid' Controls → Express → Numeric Control → Horizontal Pointer Slide Елементи керування → Експрес → Цифровий контроль → Горизонтальний повзунковий регулятор для налаштування частоти сигналів; три графіки осцилограми Waveform Graph для відображення вхідного і відфільтрованого сигналів у часовому і спектральному зображенні. На закладці Scale Шкала змінюємо максимальне значення шкали частоти Найквіста на 4000 Гц у всіх трьох елементах і на закладці Data Range Діапазон...
20994. Синтез цифрових фільтрів в MatLab 418.96 KB
  Баттерворда Режекторний Фільтр: Рисунок 1.1 АЧХ Рисунок 1.2 ФЧХ Рисунок 1.3 АФЧХ Рисунок 1.
20995. Дослідження характеристик цифрових фільтрів у програмі MatLab 297.85 KB
  Для перетворення сигналу з аналогової форми в дискретну застосовуємо блок АЦП. Для графічного відображення результатів роботи застосовуємо блоки Signal Processing Blockset signal Processing Sinks time Scope для відображення часової залежності сигналів та Signal Processing Blockset signal Processing Sinks spectrum Scope для відображення спектру сигналу. Для фільтрації в пакеті Sptool виконуємо наступні дії: В полі Signals виділяємо назву необхідного сигналу Signnoise. Натискуємо кнопку Apply після натиснення якої з'являється діалогове...
20996. Дослідження схем диференційних підсилювачів 268.5 KB
  Подаємо на входи диференційного підсилювача гармонійні сигнали різної амплітуди Uвх1= 2 В Uвх1= 15 В з частотою f = 1 кГц рис.1: Рисунок 1 Сигнали на входах диференційного підсилювача UBИX=54 В .2 зображено два сигнали сигнал з постійною амплітудою є вхідним. Подаємо на входи гармонійні сигнали різної частоти: рис.
20997. Дослідження диференціюючого та інтегруючого підсилювачів 492 KB
  Аналізуємо залежності форми вихідного сигналу від вхідного сигналу. Визначаємо вигляд вихідного сигналу при синусоїдальній прямокутній та трикутній формах вхідних сигналів. На вході інтегратора задаємо частоту згідно індивідуального завдання та подаємо вхідний синусоїдальний сигнал з частотою =10 Гц: визначаємо форму вихідного сигналу: переконуємося що вихідна напруга дорівнює інтегралу від вхідної напруги: Uвх=0.85 В На вході інтегратора задаємо частоту більшу в декілька разів від початкової та подаємо вхідний синусоїдальний сигнал з...
20998. Ознайомлення з лабораторним комплексом 181 KB
  До складу стенда входять наступні функціональні схеми: підсилювач з інвертуванням вхідного сигналу Inv Amplifier; підсилювач без інвертування вхідного сигналу NonInv Amplifier; суматор з інвертуванням вхідного сигналу Inv Summing Amplifie; суматор без інвертування вхідного сигналу NonInv Summing Amplifier; диференційний підсилювач Difference Amplifier; інструментальний підсилювач Instrumentation Amplifier; інтегратор Integrator; диференціатор Differentiator; фільтр низьких частот Low Pass Active Filter; ...
20999. Операції з множинами 90.02 KB
  Мета роботи: набути практичних навичок роботи з множинами. Вивчити основні функції та операції з множинами. Порядок виконання роботи Задав множини A і B.
21000. Масиви в середовищі розробки С++Builder 36.26 KB
  Створив новий проект додав форму на якій розмістив компоненти: Запрограмував кнопку Ввести для введення значення у потрібний елемент масиву: void __fastcall TForm1::Button3ClickTObject Sender { i=StrToIntEdit1 Text; a[i]=StrToIntEdit2 Text; Edit3 Text= ; for i=0;i 10;i { Edit3 Text=Edit3 TextIntToStra[i] ; } } Запрограмував кнопку Анализ массива для виведення значень масиву: void __fastcall TForm1::Button1ClickTObject Sender { for i=0;i 10;i { if i2==0 { if a[i]2=0...