2. Каково будет смещение полоски металла в приборе Штерна при частоте вращения 20 об/с, если скорость атомов 300 м/с. Радиус цилиндра 10 см. Радиусом малого цилиндра пренебречь.
s – смещение полоски металла в приборе.
Если пренебречь радиусом малого цилиндра, то формула приобретет следующий вид:
Преобразуем формулу:
Нам известна только частота вращения, а в формуле используется угловая скорость вращения, но её легко преобразовать:
Подставим коэффициенты:
Ответ: см
Проверьте, пожалуйста.
(Оффтоп)
http://www.youtube.com/watch?v=YQAN4aOXZWI
Опыт Штерна —
опыт, впервые проведённый
немецким физиком Отто
Штерном в 1920 году.
Опыт явился одним из первых практических
доказательств состоятельности
молекулярно-кинетической теории
строения вещества. В нём были
непосредственно измерены скорости
теплового движения молекул и подтверждено
наличие распределения
молекул газов по скоростям.
Для проведения
опыта Штерном был подготовлен прибор,
состоящий из двух цилиндров разного
радиуса, ось которых совпадала и на ней
располагалась платиновая проволока
с нанесённым слоем серебра.
В пространстве внутри цилиндров
посредством непрерывной откачки воздуха
поддерживалось достаточно низкое давление.
При пропускании электрического
тока через проволоку
достигалась температура
плавления серебра, из-за
чего атомы начинали
испаряться и летели к внутренней
поверхности малого цилиндра равномерно
и прямолинейно со скоростью v,
соответствующей подаваемому на концы
нитинапряжению.
Во внутреннем цилиндре была проделана
узкая щель, через которую атомы могли
беспрепятственно пролетать далее.
Стенки цилиндров специально охлаждались,
что способствовало оседанию попадающих
на них атомов. В таком состоянии на
внутренней поверхности большого
цилиндра образовывалась достаточно
чёткая узкая полоса серебряного налёта,
расположенная прямо напротив щели
малого цилиндра. Затем всю систему
начинали вращать с некой достаточно
большойугловой
скоростью ω.
При этом полоса налёта смещалась в
сторону, противоположную направлению
вращения, и теряла чёткость. Измерив
смещение s наиболее
тёмной части полосы от её положения,
когда система покоилась, Штерн определил
время полёта, через которое нашёл
скорость движения молекул:
,
где s —
смещение полосы, l —
расстояние между цилиндрами, а u —
скорость движения точек внешнего
цилиндра.
Найденная таким
образом скорость движения атомов
серебра совпала со скоростью, рассчитанной
по законам молекулярно-кинетической
теории, а тот факт, что получившаяся
полоска была размытой, свидетельствовал
в пользу того, что скорости атомов
различны и распределены по некоторому
закону — закону
распределения Максвелла: атомы,
двигавшиеся быстрее, смещались
относительно полосы, полученной в
состоянии покоя, на меньшие расстояния,
чем те, которые двигались медленнее.
8. Идеальный газ во внешнем силовом поле. Барометрическая формула.
Барометрическая
формула —
зависимость давления или плотности
газа от высоты в поле тяжести.
Для идеального
газа, имеющего постоянную температуру 
и
находящегося в однородном поле тяжести
(во всех точках его объёма ускорение
свободного падения 
одинаково),
барометрическая формула имеет следующий
вид:
где 
—
давление газа в слое, расположенном на
высоте 
, 
—
давление на нулевом уровне (
), 
— молярная
масса газа, 
— газовая
постоянная,
— абсолютная
температура. Из барометрической
формулы следует, что концентрация
молекул 
(или
плотность газа) убывает с высотой по
тому же закону:
где 
—
масса молекулы газа, 
— постоянная
Больцмана.
Барометрическая
формула показывает, что плотность газа
уменьшается с высотой по экспоненциальному
закону. Величина 
,
определяющая быстроту спада плотности,
представляет собой отношение потенциальной
энергии частиц к их средней кинетической
энергии, пропорциональной 
.
Чем выше температура
,
тем медленнее убывает плотность с
высотой. С другой стороны, возрастание
силы тяжести 
(при
неизменной температуре) приводит к
значительно большему уплотнению нижних
слоев и увеличению перепада (градиента)
плотности. Действующая на частицы сила
тяжести
может
изменяться за счёт двух величин:
ускорения
и
массы частиц
.
Следовательно, в
смеси газов, находящейся в поле тяжести,
молекулы различной массы по-разному
распределяются по высоте.
Реальное распределение
давления и плотности воздуха в земной
атмосфере не следует барометрической
формуле, так как в пределах атмосферы
температура и ускорение свободного
падения меняются с высотой и географической
широтой. Кроме того, атмосферное давление
увеличивается с концентрацией в
атмосфере паров воды.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
1 — платиновая проволока с нанесённым на неё слоем серебра; 2 — щель, формирующая пучок атомов серебра; 3 — пластинка, на которой осаждаются атомы серебра; П и П1 — положения полосок осажденного серебра при неподвижном приборе и при вращении прибора.
Опыт Штерна — физический эксперимент, впервые поставленный немецким физиком Отто Штерном в 1920 году, и ставший одним из первых практических доказательств состоятельности молекулярно-кинетической теории строения вещества. В нём были непосредственно измерены скорости теплового движения молекул и подтверждено наличие распределения молекул газов по скоростям.
Для проведения опыта Штерном был подготовлен прибор, состоящий из двух цилиндров разного радиуса, ось которых совпадала и на ней располагалась платиновая проволока с нанесённым слоем серебра. В пространстве внутри цилиндров посредством непрерывной откачки воздуха поддерживалось достаточно низкое давление. При пропускании электрического тока через проволоку достигалась температура плавления серебра, из-за чего серебро начинало испаряться и атомы серебра летели к внутренней поверхности малого цилиндра равномерно и прямолинейно со скоростью 
, определяемой температурой нагрева платиновой проволоки, то есть температурой плавления серебра. Во внутреннем цилиндре была проделана узкая щель, через которую атомы могли беспрепятственно пролетать далее. Стенки цилиндров специально охлаждались, что способствовало оседанию попадающих на них атомов. В таком состоянии на внутренней поверхности большого цилиндра образовывалась достаточно чёткая узкая полоса серебряного налёта, расположенная прямо напротив щели малого цилиндра. Затем всю систему начинали вращать с некой достаточно большой угловой скоростью 
. При этом полоса налёта смещалась в сторону, противоположную направлению вращения, и теряла чёткость. Измерив смещение 
наиболее тёмной части полосы от её положения, когда система покоилась, Штерн определил время полёта, через которое нашёл скорость движения молекул:
,
где — смещение полосы, 
— расстояние между цилиндрами, а 
— скорость движения точек внешнего цилиндра.
Найденная таким образом скорость движения атомов серебра совпала со скоростью, рассчитанной по законам молекулярно-кинетической теории (584 м/с), а тот факт, что получившаяся полоска была размытой, свидетельствовал в пользу того, что скорости атомов различны и распределены по некоторому закону — закону распределения Максвелла: атомы, двигавшиеся быстрее, смещались относительно полосы, полученной в состоянии покоя, на меньшие расстояния, чем те, которые двигались медленнее. При этом опыт давал лишь приблизительные сведения о характере распределения Максвелла, более точное экспериментальное подтверждение относится к 1930 году (опыт Ламмерта).
Литература[править | править код]
- Краткий словарь физических терминов / Сост. А. И. Болсун, рец. М. А. Ельяшевич. — Мн.: Вышэйшая школа, 1979. — С. 388. — 416 с. — 30 000 экз.
- Ландсберг Г. С. Элементарный учебник физики. Том 1. Механика. Теплота. Молекулярная физика. — 12-е изд. — М.: Физматлит, 2001. — ISBN 5-9221-0135-8.
- Савельев И. В. Курс общей физики. — Т. 1. Механика. Молекулярная физика и термодинамика. — С. 320.
- Штерна опыт — статья из Большой советской энциклопедии.
