قياس سرعات الجزيئات هو تجربة ستيرن. تجربة صارمة

المؤسسة التعليمية البلدية صالة الألعاب الرياضية رقم 1

المنطقة الوسطى من فولغوغراد

درس الفيزياء حول هذا الموضوع

حركة الجزيئات. التحديد التجريبي للسرعات الجزيئية

الصف العاشر

إعداد: مدرس الفيزياء من الفئة الأعلى

بتروخينا

مارينا أناتوليفنا.

UMK: إن إس بوريشيفا،

إن إي فازيفسكايا،

د.أ.إيساييف

"الفيزياء - 10"، مصنف لهذا الكتاب المدرسي وتطبيق الوسائط المتعددة للكتاب المدرسي.

فولغوغراد، 2015

درس حول الموضوع

حركة الجزيئات.

التحديد التجريبي للسرعات الجزيئية

الصف العاشر

تعليق توضيحي.

إن فهم أهم قضايا الفيزياء الحديثة أمر مستحيل بدون بعض الأفكار الأولية حول القوانين الإحصائية. إن اعتبار الغاز كنظام يتكون من عدد كبير من الجزيئات يسمح لنا بإعطاء فكرة في شكل يسهل الوصول إليه عن الاحتمالية والطبيعة الإحصائية لقوانين هذه الأنظمة والتوزيعات الإحصائية التي تشير إلى احتمالية جزيئات النظام لها قيمة أو أخرى من المعلمات التي تحدد حالتها، وبناءً على ذلك، حدد الأحكام الرئيسية للنظرية الكلاسيكية للغازات. أحد الدروس التي تسمح لنا بتكوين هذه الفكرة يشمل الدرس المقدم حول المواد التعليمية لدار نشر دروفا: كتاب مدرسي فيزياء من تأليف N. S. Purysheva، N. E. Vazheevskaya، D. A. Isaev، مصنف لهذا الكتاب المدرسي وتطبيق الوسائط المتعددة للكتاب المدرسي.

مذكرة توضيحية.

يمكن تدريس هذا الدرس أثناء دراسة موضوع "أساسيات بنية المادة MCT" في الصف العاشر.

تسمح مادة الدرس الجديدة للطلاب بتعميق معرفتهم بأساسيات النظرية الحركية للغازات واستخدامها عند حل المشكلات لتحديد سرعات جزيئات الغازات المختلفة.

تكون كل مرحلة من مراحل الدرس مصحوبة بشريحة موضوعية لتطبيق الوسائط المتعددة وجزء من الفيديو.

الهدف من الدرس:

نشاط: تشكيل طرق جديدة للنشاط لدى الطلاب (القدرة على طرح الأسئلة الفعالة والإجابة عليها؛ مناقشة مواقف المشكلات؛ القدرة على تقييم أنشطتهم ومعرفتهم).

أهداف الدرس:

التعليمية: تطوير القدرة على التحليل والمقارنة ونقل المعرفة إلى مواقف جديدة، وتخطيط أنشطة الفرد عند بناء الإجابة، وإكمال المهام وأنشطة البحث من خلال المفاهيم الفيزيائية (السرعة الأكثر احتمالا، السرعة المتوسطة، جذر متوسط ​​مربع السرعة)، وتكثيف النشاط العقلي طلاب.

تعليم: غرس الانضباط عند أداء المهام الجماعية، وتهيئة الظروف للتحفيز الإيجابي عند دراسة الفيزياء، باستخدام مجموعة متنوعة من تقنيات النشاط، وتوصيل المعلومات المثيرة للاهتمام؛ تنمية الشعور باحترام المحاور وثقافة التواصل الفردية.

التنموية: تطوير القدرة على بناء بيانات مستقلة في الكلام الشفهي على أساس المواد التعليمية المستفادة، وتطوير التفكير المنطقي، وتطوير قدرة النهج الرياضي الموحد على الوصف الكمي للظواهر الفيزيائية على أساس المفاهيم الجزيئية عند حل المشكلات.

نوع الدرس: درس تعلم مواد جديدة.

طرق التدريس: إرشادي وتوضيحي - توضيحي وحل المشكلات والعروض التوضيحية والمهام العملية وحل مشكلات المحتوى المادي.

النتائج المتوقعة:

تكون قادرة على استخلاص النتائج على أساس التجربة؛

تطوير قواعد المناقشة واتباعها.

فهم معنى القضايا التي تتم مناقشتها وإظهار الاهتمام بالموضوع.

المرحلة التحضيرية: معرفة المعادلات الأساسية والتبعيات على هذا الموضوع (كتلة نظرية حول الموضوع متاحة لكل طالب في شكل مذكرة محاضرة)

معدات: جهاز لعرض تجربة ستيرن؛

جهاز كمبيوتر وجهاز عرض لتوضيح العرض ومقطع فيديو "تجربة ستيرن".

مراحل الدرس.

المرحلة التنظيمية (التحية، التحقق من الاستعداد للدرس، المزاج العاطفي)، (دقيقة واحدة)

مرحلة تحديد الأهداف وأهداف الدرس ومسائل حول طريقة قياس سرعة الجزيئات (4 دقائق)

مرحلة دراسة مادة تعليمية جديدة، عرض شرائح العرض مع تعليقات الطلاب، مما يسمح لك بتكوين انطباع مرئي عن الموضوع، تنشيط الذاكرة البصرية (التحقق من مستوى إتقان نظام المفاهيم حول هذا الموضوع)، (20 دقيقة)

مرحلة ترسيخ المعرفة المكتسبة عند حل المشكلات (تطبيق المعرفة عملياً واستيعابها الثانوي)، (8 دقائق)

مرحلة التعميم وتلخيص الدرس (تحليل نجاح إتقان المعرفة وأساليب النشاط)، (4 دقائق)

معلومات حول الواجب المنزلي (تهدف إلى مواصلة تطوير المعرفة)، (دقيقة واحدة)

تأملات (دقيقتان)

نص الدرس.

أنشطة مدرس الفيزياء

النشاط الطلابي

المرحلة التنظيمية.

مرحبا يا شباب! يسعدني أن أرحب بكم في الدرس، حيث سنواصل فتح صفحات في معرفة النظرية الكلاسيكية للغازات. اكتشافات مثيرة للاهتمام تنتظرنا في المستقبل. سلموا على بعضكم البعض.

ثم دعونا نبدأ...

تحديد الأهداف والتحفيز.

تعرفنا في الدرس الأخير على المبادئ الأساسية للنظرية الحركية الجزيئية للغاز المثالي. المشاركة في الحركة الفوضوية المستمرة، تصطدم الجزيئات ببعضها البعض بشكل مستمر، بينما يتزايد عدد الجزيئات المتصادمة سرعتهممختلفة في كل لحظة من الزمن.

ما رأيك في موضوع الدرس "الذي ينتظرنا" اليوم؟

نعم، في الواقع، الهدف الذي وضعناه لأنفسنا اليوم هو التعرف على إحدى طرق تحديد سرعة حركة الجزيئات - طريقة الشعاع الجزيئي، التي اقترحها الفيزيائي الألماني أوتو ستيرن في عام 1920.

فتحنا دفاتر ملاحظاتنا، وكتبنا تاريخ وموضوع درس اليوم: حركة الجزيئات. التحديد التجريبي لسرعات الحركة الجزيئية.

دعونا نتذكر ما هي سرعة الحركة الحرارية للجزيئات؟

لنحسب سرعة جزيئات الفضة Ag أثناء التبخر من السطح، T = 1500K.

دعني أذكرك أن سرعة الصوت هي 330 م/ث، وسرعة جزيئات الفضة 588 م/ث، قارن بينها.

لنحسب سرعة جزيئات الهيدروجين H 2 عند درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق T=28K.

على سبيل المثال: سرعة طائرة الركاب 900 م/ث، وسرعة القمر حول الأرض 1000 م/ث.

الآن ضع نفسك مكان علماء القرن التاسع عشر، عندما تم الحصول على هذه البيانات، ظهرت الشكوك حول صحة النظرية الحركية نفسها. بعد كل شيء، من المعروف أن الروائح تنتشر ببطء إلى حد ما: يستغرق الأمر وقتًا يصل إلى عشرات الثواني حتى تنتشر رائحة العطر المسكوبة في أحد أركان الغرفة إلى زاوية أخرى.

لذا فإن السؤال الذي يطرح نفسه: ما هي السرعة الفعلية للجزيئات؟

عندما تنتشر رائحة العطر، هل هناك أي شيء يتداخل مع جزيئات العطر؟

كيف يؤثر هذا على سرعة الحركة الاتجاهية للجزيئات؟

لنحسب سرعة جزيئات الهيدروجين H 2 عند درجة حرارة قريبة من درجة حرارة الغرفة T=293K.

ثم ما هي السرعة؟ ماذا؟

ولكن كيف يمكن قياسه وتحديد قيمته عمليا؟ دعنا نحل المشكلة التالية:

يجب ألا يكون هناك جزيء واحد. من الضروري تحديد سرعة المسار الحر للجزيئات. كيف تتحرك الجزيئات بين الاصطدامات؟

افترض أن الجزيء يتحرك مسافة متر واحد، فأوجد الزمن عند سرعة هيدروجين قدرها 1911 م/ث، فيصبح 0.00052 ث.

كما ترون، الوقت قصير جدًا.

المشكلة تنشأ مرة أخرى!

مرحلة تعلم مادة تعليمية جديدة.

من المستحيل حل هذه المشكلة في بيئة مدرسية؛ وقد فعل ذلك لنا أوتو ستيرن (1888-1970) في عام 1920، حيث استبدل الحركة الانتقالية بالحركة الدورانية.

دعونا نشاهد مقطع فيديو قصيرًا ثم نناقش بعض القضايا.

ما هو التثبيت الذي استخدمه O. Stern؟

كيف تم تنفيذ التجربة؟

تم الحصول على قيم السرعة قريبة من السرعة المحسوبة بالصيغة:

,
, أين - السرعة الخطية للنقاط على سطح الاسطوانة B.

، الذي - التي

وهو ما يتفق مع نظرية الحركية الجزيئية. وتتزامن سرعة الجزيئات مع السرعة المحسوبة التي تم الحصول عليها على أساس MCT، وكان هذا أحد التأكيدات على صحتها.

من تجربة O. Stern، وجد أنه عند درجة حرارة 120 درجة مئوية، تتراوح سرعات معظم ذرات الفضة من 500 م/ث إلى 625 م/ث. وعندما تتغير الظروف التجريبية، على سبيل المثال، درجة حرارة المادة التي يصنع منها السلك، يتم الحصول على قيم سرعة أخرى، لكن طبيعة توزيع الذرات في الطبقة المترسبة لا تتغير.

لماذا تم إزاحة الشريط الفضي في تجربة ستيرن وجعله غير واضح عند الحواف، كما أنه غير منتظم في السمك؟

ما الاستنتاج الذي يمكن استخلاصه حول توزيع سرعة الذرات والجزيئات؟

تأمل الجدول رقم 12 من الكتاب المدرسي في الصفحة 98 الخاص بجزيئات النيتروجين. ما الذي يمكن رؤيته من الجدول؟

كما اعتبر الفيزيائي الإنجليزي دي سي ماكسويل أنه من غير المعقول أن تتحرك جميع الجزيئات بنفس السرعة. في رأيه، عند أي درجة حرارة معينة، تتمتع معظم الجزيئات بسرعات تقع ضمن حدود ضيقة إلى حد ما، ولكن يمكن لبعض الجزيئات أن تتحرك بسرعات أعلى أو أقل. علاوة على ذلك، يعتقد العالم أنه في كل حجم من الغاز عند درجة حرارة معينة هناك جزيئات ذات سرعات منخفضة جدًا وعالية جدًا. عند اصطدام بعض الجزيئات ببعضها البعض، تزيد سرعة بعض الجزيئات، بينما تنخفض سرعة بعضها الآخر. ولكن إذا كان الغاز في حالة ثابتة، فإن عدد الجزيئات ذات السرعة المحددة يظل ثابتا. وعلى أساس هذه الفكرة د. بحث ماكسويل في مسألة توزيع سرعة الجزيئات في الغاز في حالة ثابتة.

لقد أسس هذا الاعتماد قبل وقت طويل من تجارب أو. ستيرن. حصلت نتائج عمل د.ك. ماكسويل على اعتراف عالمي، ولكن لم يتم تأكيدها تجريبيا. تم ذلك بواسطة O. Stern.

فكر في الأمر؟ ما هي ميزة O. ستيرن؟

دعونا ننظر إلى الشكل. 64 في صفحة 99 من الكتاب المدرسي ودراسة طبيعة توزيع الجزيئات حسب السرعة.

إن شكل دالة توزيع السرعة الجزيئية، التي حددها د. ماكسويل من الناحية النظرية، يتزامن نوعيًا مع شكل ترسب ذرات الفضة على صفيحة نحاسية في تجربة O. Stern.

أتاحت دراسة الملف الجانبي للشريط الفضي للعالم استنتاج وجوده السرعة المتوسطة على الأرجح حركة الجزيئات (أي السرعة التي يتحرك بها أكبر عدد من الجزيئات).

أين يتحول الحد الأقصى لمنحنى التوزيع مع زيادة درجة الحرارة؟

بالإضافة إلى السرعات المتوسطة والأكثر احتمالا، تتميز حركة الجزيئات بمتوسط ​​مربع السرعة:

والجذر التربيعي لهذه القيمة هو جذر متوسط ​​مربع السرعة.

دعونا نلقي نظرة مرة أخرى على كيفية حدوث الإدراك عند دراسة مسألة سرعة حركة الجزيئات؟

مرحلة تعزيز المعرفة المكتسبة عند حل المشكلات.

لنقم بإجراء حسابات رياضية ونختبر النظرية في موقف محدد.

المهمة رقم 1

ما السرعة التي يمتلكها جزيء بخار الفضة إذا كانت إزاحته الزاوية في تجربة ستيرن 5.4° عند سرعة دوران الجهاز البالغة 150 sˉ¹؟ المسافة بين الاسطوانات الداخلية والخارجية 2 سم.

مرحلة التعميم وتلخيص الدرس

تعلمنا اليوم في الفصل عن إحدى طرق تحديد سرعة حركة الجزيئات - طريقة الشعاع الجزيئي التي اقترحها الفيزيائي الألماني أوتو ستيرن.

ما هي أهمية تجربة أو. ستيرن في تطوير الأفكار حول بنية المادة؟

معلومات عن الواجبات المنزلية.

انعكاس.

خلال درسنا، أظهرت نفسك كمنظرين ملتزمين، قادرين ليس فقط على ملاحظة كل ما هو جديد ومثير للاهتمام من حولك، ولكن أيضًا إجراء بحث علمي بشكل مستقل.

لقد وصل درسنا إلى نهايته.

دعونا نجيب على السؤال: "ما الذي أعجبك في الدرس؟" و"ماذا تذكرت عن الدرس؟"

وفي الختام، أريد أن أقتبس كلمات فيري:

"جميع الاكتشافات في العلوم والفلسفة غالبًا ما تنبع من التعميمات أو من تطبيقات حقيقة ما على حقائق أخرى مماثلة."

شكرا يا شباب على العمل معا. كنت سعيدا بلقائك. أرك لاحقًا!

موضوع الدرس: تحديد سرعة حركة الجزيئات.

(يكتب الطلاب تاريخ وموضوع الدرس في دفاتر ملاحظاتهم)

(إجابات العديد من الطلاب)

، على الجانب الآخر

معرفة ذلك
، من هنا

، أو
، أين

- ثابت الغاز العالمي،
8,31

سرعة جزيئات الفضة الأسرع من الصوت.

590 م/ث، نفس الشيء!!! لا يمكن أن يكون!

ما السرعة التي يجب أن نجدها ونقيسها؟

تتداخل جزيئات الهواء.

إنه يتناقص.

حصلنا على سرعة عالية، ولا شيء يمنع الجزيئات من الحركة؟

سرعة المسار الحر للجزيئات.

بالتساوي.

كيفية قياسه؟

(شاهد الفيديو)

يتكون التركيب من: خيط من البلاتين مطلي بطبقة رقيقة من الفضة، تم وضعه على طول المحور داخل اسطوانة ذات نصف قطر والاسطوانة الخارجية . يتم إخلاء الهواء من الاسطوانة بواسطة مضخة.

عند تمرير تيار كهربائي عبر السلك، يتم تسخينه إلى درجة حرارة أعلى من نقطة انصهار الفضة 961.90 درجة مئوية. وتم تبريد جدران الاسطوانة الخارجية بحيث تستقر جزيئات الفضة بشكل أفضل في مسار الشاشة. تم تدوير التثبيت بسرعة زاوية تبلغ 2500 - 2700 دورة في الدقيقة.

عندما تم تدوير الجهاز، اكتسب شريط الفضة مظهرًا مختلفًا لأنه إذا كانت جميع الذرات المتطايرة من الخيط لها نفس السرعة، فإن صورة الشق على الشاشة لن ​​تتغير في الشكل والحجم، بل ستتحول فقط قليلا إلى الجانب. تشير ضبابية الشريط الفضي إلى أن الذرات الهاربة من الخيط الساخن تتحرك بسرعات مختلفة. تتحرك الذرات التي تتحرك بسرعة أقل من الذرات التي تتحرك بسرعة أبطأ.

إن توزيع الذرات والجزيئات حسب السرعة يمثل نمطا معينا يميز حركتها.

يوضح الجدول أن أكبر عدد من جزيئات النيتروجين تتراوح سرعته من 300 m/s إلى 500 m/s.

91% من الجزيئات لها سرعات تتراوح بين 100 م/ث إلى 700 م/ث.

9% من الجزيئات لها سرعات أقل من 100 م/ث وأكثر من 700 م/ث.

قام أو. ستيرن، باستخدام طريقة الشعاع الجزيئي التي اخترعها الفيزيائي الفرنسي لويس دونوير (1911)، بقياس سرعة جزيئات الغاز وأكد تجريبيًا توزيع جزيئات الغاز حسب السرعة التي حصل عليها دي سي ماكسويل. أكدت نتائج تجربة ستيرن صحة تقدير متوسط ​​سرعة الذرات، والذي يتبع توزيع ماكسويل.

من الرسم البياني كان من الممكن تحديد الإزاحة لمنتصف الصورة المشقوقة، وبالتالي حسابها متوسط ​​السرعة حركة الذرات.

عند T 2  T 1، ينزاح الحد الأقصى لمنحنى التوزيع إلى المنطقة ذات قيم السرعة الأعلى.

في البداية، تم الافتراض بأن الجزيئات تتحرك بسرعات مختلفة.

ترتبط هذه السرعات بدرجة الحرارة وهناك قانون معين لتوزيع الجزيئات حسب السرعة، والذي ينشأ من ملاحظات الحركة البراونية على وجه الخصوص.

التجربة هي واحدة من التجارب الفيزيائية الأساسية. حاليًا، تم تأكيد التدريس الذري الجزيئي من خلال العديد من التجارب وهو مقبول بشكل عام.

انعكاس الإجراءات التعليمية.

اليوم اكتشفت...

لقد كان مثيرا للاهتمام...

كان الأمر صعبا...

أدركت أن...تعلمت...

لقد تفاجأت...

الأدب المستخدم:

1. N. S. Purysheva، N. E. Vazheevskaya، D. A. Isaev، كتاب مدرسي "الفيزياء - 10"، مصنف لهذا الكتاب المدرسي.

   الفيزياء: 3800 مشكلة لتلاميذ المدارس ودخول الجامعات. - م: حبارى، 2000.

   ريمكيفيتش أ.ب. مجموعة من المشاكل في الفيزياء. 10-11 درجات - م: حبارى، 2010.

   L.A. كيريك "العمل المستقل والاختباري في الفيزياء." الصف العاشر. م: إليكسا، خاركوف: صالة للألعاب الرياضية، 1999.

   موسوعة للأطفال. تقنية. م: أفانتا+، 1999.

   موسوعة للأطفال. الفيزياء. الجزء الأول م: أفانتا+، 1999.

   موسوعة للأطفال. الفيزياء. ت.ب.م.: أفانتا+، 1999.

   التجربة البدنية في المدرسة./ شركات. G. P. Mansvetova، V. F. Gudkova. - م: التربية، 1981.

   Glazunov A. T. التكنولوجيا في سياق الفيزياء في المدرسة الثانوية. م: التربية، 1977.

التطبيقات الإلكترونية:

L. Ya. Borevsky "دورة فيزياء القرن الحادي والعشرين" الأساسية + لأطفال المدارس والمتقدمين. ميديا ​​هاوس. 2004

دورة الفيزياء التفاعلية للصفوف 7 – 11. فيزيكون ذ.م.م، 2004. النسخة الروسية من "الفيزياء الحية"، معهد التكنولوجيات الجديدة

الفيزياء، الصفوف من العاشر إلى الحادي عشر. دورة الوسائط المتعددة-م: Russobit Publishing LLC.-2004 (http://www.russobit-m.ru/)

الفيزياء المفتوحة. في ساعتين (قرص مضغوط) / إد. سم. معزة. – م.: فيزيكون ذ.م.م. - 2002 (http://www.physicon.ru/.)

توفر دراسة الانتشار والحركة البراونية بعض المعلومات عن سرعة الحركة الفوضوية لجزيئات الغاز. واحدة من أبسط التجارب وأكثرها وضوحًا لتحديدها هي تجربة O. Stern التي أجراها عام 1920. جوهر هذه التجربة هو كما يلي.

على الطاولة الأفقية، التي يمكن أن تدور حول المحور O (الشكل 3.2)، يتم تقوية الأسطح الأسطوانية A وB بشكل عمودي على الطاولة، ويكون السطح B صلبًا، وفي السطح A توجد فتحة ضيقة موازية للمحور O. يوجد سلك مطلي بالفضة البلاتينية عموديًا على طول المحور O المتضمن في الدائرة الكهربائية. عند مرور التيار، يسخن السلك وتتبخر الفضة من سطحه. تطير جزيئات الفضة في كل الاتجاهات وتستقر بشكل أساسي على الجانب الداخلي للسطح الأسطواني أ. فقط شعاع ضيق من جزيئات الفضة يطير عبر الفجوة الموجودة في هذا السطح

السطح ويستقر في المنطقة M على السطح B. يتم تحديد عرض الرواسب في M من خلال عرض الفجوة الموجودة في السطح A. ولمنع تشتت جزيئات الفضة أثناء الاصطدامات بجزيئات الهواء، يتم تغطية التثبيت بالكامل بطبقة الغطاء الذي يتم من خلاله ضخ الهواء. كلما ضاقت الفجوة في السطح A، كلما كان الطلاء في المنطقة M أضيق، وأصبح من الممكن تحديد سرعة حركة الجزيئات بشكل أكثر دقة.

يعتمد تعريف السرعة على الفكرة التالية. إذا تم تدوير التثبيت بأكمله حول المحور O بسرعة زاوية ثابتة، فخلال الوقت الذي يطير فيه الجزيء من الشق إلى السطح B، سيكون لدى الأخير وقت للدوران وسيتحول الرواسب من المنطقة M إلى السطح B. المنطقة K. وبالتالي، زمن طيران الجزيء على طول نصف القطر ووقت إزاحة النقطة M من السطح B بنفس المسافة. وبما أن الجزيء يطير بشكل موحد، إذن

حيث السرعة المطلوبة هي نصف قطر السطح الأسطواني A. وبما أن السرعة الخطية للنقاط على السطح B تساوي الجنوب، فيمكن التعبير عن الوقت بصيغة أخرى:

هكذا،

نظرًا لأنها تظل ثابتة أثناء التجربة ويتم تحديدها مسبقًا، فمن خلال القياس يمكنك العثور على سرعة الجزيء. وفي تجربة ستيرن تبين أن السرعة تقترب من 500 م/ث.

وبما أن الرواسب في المنطقة K تبدو غير واضحة، يمكننا أن نستنتج أن جزيئات الفضة تطير إلى السطح B بسرعات مختلفة. يمكن التعبير عن متوسط ​​السرعات الجزيئية رياضيا بالصيغة

على سبيل المثال، نلاحظ أنه عند 0 درجة مئوية، يكون متوسط ​​سرعة جزيئات الهيدروجين 1840 م/ث، ومتوسط ​​سرعة جزيئات النيتروجين 493 م/ث. إن التغير في سمك البلاك في منطقة K يعطي فكرة عن توزيع الجزيئات حسب سرعة حركتها. اتضح أن عددًا صغيرًا من الجزيئات لها سرعات أعلى بعدة مرات من السرعة المتوسطة.

(فكر في الشكل 3.2 حيث تركوا أثرًا للجزيئات التي تكون سرعتها أكبر من متوسط ​​السرعة وكيف سيتغير موضع الرواسب إذا زاد التيار في السلك O).

براون روبرت ()، عالم نبات إنجليزي، وصف نواة الخلية النباتية وبنية البويضة. وفي عام 1828 نشر "تقرير موجز عن الملاحظات باستخدام المجهر..."، والذي وصف فيه حركة الجسيمات البراونية التي اكتشفها. وصف نواة الخلية النباتية وبنية البويضة. وفي عام 1828 نشر "تقرير موجز عن الملاحظات باستخدام المجهر..."، والذي وصف فيه حركة الجسيمات البراونية التي اكتشفها.

الحركة البراونية هي الحركة الحرارية للجزيئات العالقة في سائل أو غاز وقد لاحظ هذه الظاهرة من خلال فحص جراثيم الطحالب العالقة في الماء من خلال المجهر. الحركة البراونية لا تتوقف أبدًا؛ فالجسيمات تتحرك بشكل عشوائي. هذه هي الحركة الحرارية.

بيرين جان بابتيست (): عالم فيزياء فرنسي. أثبتت دراسات بيرين التجريبية للحركة البراونية () أخيرًا حقيقة وجود الجزيئات. جائزة نوبل (1926).

تجارب بيرين التي لاحظت الجسيمات البراونية في طبقات رقيقة جدًا من السائل، خلصت إلى أن تركيز الجسيمات في مجال الجاذبية يجب أن يتناقص مع الارتفاع وفقًا لنفس قانون تركيز جزيئات الغاز. الميزة هي أن كتلة الجزيئات البراونية تحدث بشكل أسرع بسبب الكتلة الكبيرة. واستنادًا إلى حساب هذه الجسيمات على ارتفاعات مختلفة، قمنا بتحديد ثابت أفوجادرو بطريقة جديدة.

ماكسويل جيمس كليرك (()، عالم فيزياء إنجليزي، مبتكر الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية، أحد مؤسسي الفيزياء الإحصائية كان ماكسويل أول من أدلى ببيان حول الطبيعة الإحصائية لقوانين الطبيعة. في عام 1866 اكتشف أول قانون إحصائي، وهو القانون الإحصائي قانون توزيع الجزيئات حسب السرعة (توزيع ماكسويل).

لودفيج بولزمان، عالم فيزياء نمساوي، أحد مؤسسي الفيزياء الإحصائية والحركية الفيزيائية. اشتق دالة التوزيع التي سميت باسمه والمعادلة الحركية الأساسية للغازات. قام بولتزمان بتعميم قانون توزيع سرعات الجزيئات في الغازات الموجودة في مجال قوة خارجي، ووضع صيغة لتوزيع جزيئات الغاز على طول الإحداثيات في وجود مجال محتمل تعسفي ().

أوتو ستيرن ()، فيزيائي. ولد في ألمانيا، ويعيش منذ عام 1933 في الولايات المتحدة الأمريكية. قام أوتو ستيرن (1920) بقياس سرعة الحركة الحرارية لجزيئات الغاز (تجربة ستيرن). أكد التحديد التجريبي لمعدلات الحركة الحرارية لجزيئات الغاز، الذي أجراه أو. ستيرن، صحة أسس النظرية الحركية للغازات. جائزة نوبل، 1943.

تجربة ستيرن بدأت الأسطوانات بالدوران بسرعة زاوية ثابتة. الآن لم تعد الذرات التي مرت عبر الشق تستقر مباشرة مقابل الشق، بل تم إزاحتها لمسافة معينة، حيث تمكنت الأسطوانة الخارجية أثناء طيرانها من الدوران بزاوية معينة. عندما تدور الأسطوانات بسرعة ثابتة، يتغير موضع الشريط الذي شكلته الذرات على الأسطوانة الخارجية لمسافة معينة.

تجربة ستيرن بمعرفة نصف قطر الأسطوانات وسرعة دورانها وحجم الإزاحة، من السهل إيجاد سرعة حركة الذرات. يمكن إيجاد زمن طيران الذرة t من الفتحة إلى جدار الأسطوانة الخارجية بقسمة المسار الذي تقطعه الذرة ويساوي الفرق في نصف قطر الأسطوانات على سرعة الذرة v. خلال هذا الوقت، تدور الأسطوانات بزاوية φ، والتي يمكن العثور على قيمتها بضرب السرعة الزاوية ω في الزمن t. بمعرفة قيمة زاوية الدوران ونصف قطر الأسطوانة الخارجية R 2، من السهل إيجاد قيمة الإزاحة L والحصول على تعبير يمكن من خلاله التعبير عن سرعة حركة الذرة

فكر... التكرارات المتعددة لتجربة ستيرن جعلت من الممكن إثبات أنه مع زيادة درجة الحرارة، ينتقل قسم الشريط ذو السُمك الأقصى إلى البداية. ماذا يعني ذلك؟ الجواب: كلما زادت درجة الحرارة زادت سرعة الجزيئات، ومن ثم فإن السرعة الأرجح تكون في المنطقة ذات درجات الحرارة المرتفعة.

في منتصف القرن التاسع عشر، تمت صياغة النظرية الحركية الجزيئية، ولكن بعد ذلك لم يكن هناك أي دليل على وجود الجزيئات نفسها. النظرية بأكملها كانت مبنية على افتراض حركة الجزيئات، لكن كيف يمكن قياس سرعة حركتها إذا كانت غير مرئية؟

كان المنظرون أول من وجد مخرجًا. ومن معادلة النظرية الحركية الجزيئية للغازات يعرف أن

تم الحصول على صيغة لحساب جذر متوسط ​​مربع السرعة، لكن كتلة الجزيء غير معروفة. لنكتب قيمة υ² بشكل مختلف:

(2.1.2)

ونحن نعرف ذلك إذن

(2.1.3)

أين ر- ضغط؛ ρ - كثافة. هذه هي الكميات المقاسة بالفعل.

على سبيل المثال، بكثافة نيتروجين تبلغ 1.25 كجم/م3، عند درجة حرارة t = 0 درجة مئوية و ص= 1 ATM سرعة جزيئات النيتروجين. بالنسبة للهيدروجين: .

ومن المثير للاهتمام أن سرعة الصوت في الغاز قريبة من سرعة الجزيئات الموجودة في هذا الغاز، حيث γ – نسبة بواسون . ويفسر ذلك حقيقة أن الموجات الصوتية تحملها جزيئات الغاز.

تم التحقق من حقيقة أن ذرات وجزيئات الغازات المثالية في حزمة التوازن الحراري لها سرعات مختلفة من قبل الفيزيائي الألماني أوتو ستيرن (1888-1969) في عام 1920. ويظهر الرسم التخطيطي لتركيبها في الشكل. 2.1.

أرز. 2.1

خيط البلاتين أ، مطلية من الخارج بالفضة، وتقع على طول محور الأسطوانات المحورية س1، س3،. يتم الحفاظ على ضغط منخفض بترتيب Pa داخل الأسطوانات. عندما يمر التيار عبر خيط البلاتين، فإنه يسخن إلى درجة حرارة أعلى من نقطة انصهار الفضة (961.9 درجة مئوية). تتبخر الفضة وتمر ذراتها عبر شقوق ضيقة في الاسطوانة س 1، والفتحة س 2، يطير إلى السطح المبرد للأسطوانة س 1، والتي يتم إيداعها عليها. إذا كانت الاسطوانات س1، س3والحجاب الحاجز لا يدور، يتم ترسيب الشعاع على شكل شريط ضيق دعلى سطح الاسطوانة س 3. إذا تم تدوير النظام بأكمله بسرعة زاوية، فإن صورة الشق ستنتقل إلى النقطة د'وتصبح ضبابية.

يترك ل- المسافة بين دو د'، تقاس على طول سطح الاسطوانة س 3، فهو يساوي أين السرعة الخطية للنقاط الموجودة على سطح الأسطوانة س 3نصف القطر ر; هو الوقت الذي تستغرقه ذرات الفضة لتقطع المسافة. وبذلك يكون لدينا حيث يمكن تحديد سرعة الحركة الحرارية لذرات الفضة. كانت درجة حرارة الخيوط في تجارب ستيرن 1200 درجة مئوية، وهو ما يتوافق مع جذر متوسط ​​سرعة المربع. في التجربة، كانت القيمة التي تم الحصول عليها لهذه القيمة من 560 إلى 640 م/ث. وبالإضافة إلى ذلك، صورة الشق د'كانت تظهر دائمًا غير واضحة، مما يشير إلى أن ذرات Ag كانت تتحرك بسرعات مختلفة.

وهكذا، في هذه التجربة، لم يتم قياس سرعات جزيئات الغاز فحسب، بل تبين أيضًا أن لها انتشارًا كبيرًا في السرعات. والسبب هو عشوائية الحركة الحرارية للجزيئات. في القرن التاسع عشر، جادل ج. ماكسويل بأن الجزيئات، التي تصطدم بشكل عشوائي مع بعضها البعض، يتم "توزيعها" بطريقة ما بالسرعة وبطريقة محددة للغاية.