Скорости молекул. Опыт Штерна Рассказ о тепловом равновесии • 1. Что называется тепловым равновесием? • 2. Как изменяются параметры тел? • 3. Как ведут себя молекулы при теплообмене? • 4. Почему для измерения температуры тела нужно ждать 2 – 3 минуты? • 5. Можно ли измерить температуру капли воды Рассказ о температуре • • • • 1. Что показывает температура? 2. На каком принципе работают термометры? 3. Для чего выбрана шкала Цельсия? 4. Как изменяется давление газа в сосуде при изменении температуры? • 5. Как обнаружили минимальную температуру? Абсолютная температура • 1. Что такое абсолютный ноль? • 2.Для чего выбрана шкала Кельвина? • 3. Как связаны температуры Кельвина и Цельсия? • 4. Почему шкала Кельвина, в физике, предпочтительнее, чем Цельсия? Связь температуры с энергией и давлением газа • 1. Какая формула связывает энергию теплового движения и температуру? • 2. В чем важная особенность этой формулы • 3. Чему равна постоянная Больцмана? • 4. Как давление связано с температурой? • 5. Как объяснить рост давления с увеличением температуры? СКОРОСТЬ ТЕПЛОВОГО ДВИЖЕНИЯ МОЛЕКУЛ m0v Е 2 2 3 E kT 2 3kT v m0 Скорость движения молекул зависит от температуры и массы молекул 3kN aT 3kT 3kT 3 RT υ M m0 M M Na R kN A - универсальная газовая постоянная k 1,38 10 23 Дж постоянная Больцмана К 1 N A 6,02 10 постоянная Авогадро моль 23 R kN A 1,38 10 23 Дж 1 23 6,02 10 К моль Дж 8,31 - универс. газ.пост. моль К 3kT 3 RT υ m0 M СКОРОСТИ МОЛЕКУЛ ПРИ 0ºС A B Штерн в 1920 г. проводил эксперименты по определению скоростей молекул, с помощью которых подтвердил справедливость формул и найденных значений скорости. Отто Штерн 1888–1969 гг. Измерение скоростей молекул газа. Опыт Отто Штерна,1920 г Прибор Штерна состоял из двух цилиндров разных радиусов, закрепленных на одной оси. Воздух из 3 Е kT цилиндров был откачан до глубокого 2 вакуума. Вдоль оси натягивалась 2 m0 υ платиновая нить, покрытая тонким Е слоем серебра. При пропускании по 2 нити электрического тока она нагревалась до высокой температуры, и серебро с ее поверхности испарялось. В стенке внутреннего цилиндра была сделана узкая продольная щель, через которую проникали движущиеся атомы металла, осаждаясь на внутренней поверхности внешнего цилиндра, образуя хорошо наблюдаемую полоску. Измерение скоростей молекул газа. Опыт Штерна. Цилиндры начинали вращать с постоянной угловой скоростью. Теперь атомы, прошедшие сквозь прорезь, оседали уже не прямо напротив щели, а смещались на некоторое расстояние, так как за время их полета внешний цилиндр успевал повернуться на некоторый угол. Зная величины радиусов цилиндров, скорость их вращения и величину смещения, легко найти скорость движения атомов. Если бы все атомы двигались с одинаковой скоростью, то при вращении установки полоска на стенке внешнего цилиндра получалась бы точно такой же тонкой, как и в случае, когда установка не вращалась. Однако при вращении полоска, образованная осевшими на стенку цилиндра атомами, оказывалась размытой. Значит скорости атомов были разными. R2 R1 t υ φ ωt R 2 R1 φω υ R 2 R1 φ R2 ω R2 υ ω R2 ( R 2 R1 ) υ Определённые таким образом модули скоростей совпадают с теоретическим значением средней квадратичной скорости. Отто Штерн 1888–1969 гг. Средние скорости молекул превышают скорость звука и достигают сотен метров в секунду. Дано: M = 0,019 кг/моль Решение: 1.Определить скорость, энергию теплового движения и давления молекул кислорода при температуре 127ºС , если концентрация 20 3 газа составляет 3 10 м 2.Определить скорость, энергию теплового движения и давления молекул азота при температуре - 100ºС , если концентрация газа составляет 8 10 24 м 3 3.Определить скорость, энергию теплового движения и давления молекул водорода при температуре 247ºС , если концентрация газа составляет 4.Определить скорость, энергию теплового движения и давления молекул гелия при температуре 6000ºС , если концентрация газа составляет ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ • §69, упр 12 (2, 3, 5) • Подготовиться к самостоятельной (§66-69)
