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

21964. Составные части программного интерфейса 139.5 KB
  Кнопки Кнопкой называется элемент управления всё взаимодействие пользователя с которым ограничивается одним действием – нажатием. Эта формулировка кажущаяся бесполезной и примитивной на самом деле очень важна поскольку переводит в гордое звание кнопок многие элементы управления которые как кнопки по большей части не воспринимаются. Командные кнопки Нажатие на такую кнопку запускает какоелибо явное действие поэтому правильнее называть такие кнопки кнопками прямого действия. С точки зрения разработчика ПО для настольных систем...
21965. Составные части программного интерфейса. Элементы управления 242.5 KB
  Меню При упоминании применительно к интерфейсу термина меню большинство людей немедленно представляют стандартные раскрывающиеся меню. В действительности понятие меню гораздо шире. Меню – это метод взаимодействия пользователя с системой при котором пользователь выбирает из предложенных вариантов а не предоставляет системе свою команду. Соответственно диалоговое окно с несколькими кнопками и без единого поля ввода также является меню.
21966. Испания в XVI-XVII вв. 101 KB
  В свою очередь по типу аграрного развития Кастилия подразделялась на 3 области: Север (Страна басков, Астурия, Галисия), Центр (Старая и Новая Кастилия, Эстремадура), Юг (Андалусия, Мурсия). На экономическое развитие Валенсии и Каталонии большое влияние оказала средиземноморская торговля. К началу XVI в. крестьянство в Кастилии было свободным от лично наследственной зависимости.
21967. Италия в XI-XV вв. 153 KB
  Распад каролингской империи и выделение Северной и Средней Италии в особое королевство в 855 г. В течение всего средневековья за корону Италии вели борьбу многие главным образом чужеземцы. Апулия Калабрия Сицилия – житницы не только южных областей Италии но и Севера и Центра страны. Жители Кампании переняли у арабов культуру цитрусовых неизвестных в Италии ранее с 2 2 X в.
21968. Италия в XVI-первой половине XVII вв. 71.5 KB
  новая эпоха в истории Италии эпоха феодальной реакции когда Италия уступает свои ведущие позиции другим западноевропейским странам. экономика Италии приходит в упадок по вопрос о том когда начался упадок и насколько он затрагивал отдельные области Италии и различные отрасли экономики как он протекал и в какой мере достижения прежних веков были утрачены представляется спорным. Большинство исследователей в последнее время предпочитают говорить не столько об упадке экономики Италии в это время а сколько об ее перестройке относя период...
21969. Китай в III-VIII-XII вв. 74 KB
  – в Северном Китае образовали свое государство в 316 г. ХоуЧжаю государство гуннов пало под ударами сяньбийцев. создали государство ЦяньЯнь просуществовало до 370 г. сяньбийские племена объединились под властью вождя Тоба Тобар Тобагуй и появилось государство ХоуВэй т.
21970. Китай в эпоху правления династии Юань (1271-1368 гг.) 71 KB
  на территории современного Китая сосуществовали 4 государства: на севере – чжуржэньская империя Цзинь на северозападе – тангутское государство Западное Ся на юге – Южносунская империя и государственное образование Ианьчжао Дали. – китайцысеверяне и ассимилированные кидане чжурчжэни корейцы и т. Этому способствовали политика властей власть монголов ослабла вместо единой монгольской империи было 4 государства: собственно Монголия Маньчжурия Китай Тибет входили в состав одного из них – государства великих ханов и стихийные...
21971. Контрреформация 39.5 KB
  пойти на реорганизацию внутренней структуры системы власти и управления она создала новые инструменты в частности появились новые религиозные ордена инквизиция книжная цензура постановления Тридентского собора. Некоторые ордена были реформированы. был реорганизован орден камальдулов ответвления бенедиктинцев в 1528 г. часть обсервантов францисканцы образовали орден капуцинов для деятельности в миру проповеди и служения среди простонародья.
21972. Крестовые походы 76 KB
  Наименование крестовых походов в истории получили военноколонизационные походы западноевропейских феодалов в страны Восточного Средиземноморья а также в пределы земель западных славян и прибалтийских народов. Современники не говорили крестовый поход называя это движение – войной за Гроб господень странствование заморское поход по стезе Господней путь в Святую землю. Термин крестовый поход появился в XVII в.