Штерн тәжірбиесі

1920 ж. алғаш рет молекулалардың жылдамдығын тәжірбие жүзінде анықтаған, неміс ғалымы Отто Штерн. Құрал өзара берік бекітілген радиустары R мен r екі каоксиалды сыртқы және ішкі цилиндрлерден тұрады. Олардың осіне күміспен қапталған платина сым керіліп қойылды, ал ішіндегі қысым мм. с.б. дейін төмендетілді. Платина сым арқылы электр тогын жіберіп оны күмістің балқу температурасына (960 ) жуықтағанша қыздырады. Бұл кезде платинаны қаптаған күміс буланып, одан босаған молекулалар шоғы ішкі цилиндрдің саңылауынан шығып сыртқы цилиндрдің экрандалған ішкі бетіне жетіп қонады.

Бүкіл жүйе 2500-2700 айн/мин бүрыштық жылдамдықпен қозғалатындай есеппен жасалады. Жүйе тыныш тұрса, экранда саңылаудың кескінін қайталайтын күміс қабаты пайда болады. Ал ол бұрыштық жылдамдықпен айналса күміс атомдары, айналу бағытына қарама-қарсы бағытта, саңлаудың экрандағы кескінінен шамаға ығысады. Себебі, шоқтағы өз инерциясымен қозғалған бөлшектер R – r аралықты үшып өтетін t уақытта, құрал бұрышқа бұрылып үлгереді. Осыдан, екендігін ескеріп, күміс атомдарының орташа жылдамдығын анықтайтын формуланы мына түрде жазуға болады:

Тәжірбиеде экранда қонған атомдардың бойымен таралып орналасуы байқалған. Бұл баяу атомдардың ығысуы шапшаң атомдарға қарағанда артық болатынмен түсіндірілді. Экрандағы қонбаның әр жеріндегі қалыңдықтарын өлшеу арқылы молекулалардың жылдамдықтары бойынша таралу заңдылығын тағайындауға болады. Себебі, қонбаның әр нүктесіндегі қалыңдығы белгілі-бір жылдамдыққа ие молекулалар санына пропорционал.

Сымнан өтетін ток күшінің өзгерісі молекулалар пайда болатын беттің температурасын өзгертеді, ал ол молекулалар жылдамдығының температураға байланыстылығын зерттеуге мүмкіндік береді. Штерн тәжірбиесінен күміс молекулаларының орташа жылдамдығы түбір астындағы абсолют температураға тура пропорционал екендігі дәлелденген, яғни,

19 Билет.

Менделеев-Клапейрон теңдеуі.Газдың біріктірілген заңы.

Менделеев-Клапейрон теңдеуі – идеал газдың күйін анықтайтын және оның негізгі параметрлерін (Р-қысымның,V- молярлық көлемнің,Т-абсалют температураның) арасындағы байланысты тағайындайтын теңдеу. (1) қысым, -молярлық көлем,R-универсал газ тұрақтысы,Т-абсалют температура.

(2) ;(3) так как (4) ;теңдеу мына түрге келеди (5) -бұл теңдеу m-масса үшін идеал газ күйінің теңдеуі немесе Менделеев-Клапейрон теңдеуі деп аталады. екенін біле отырып біз (5) теңдеуді мына түрде жаза аламыз

; бұл жердегі К-больцман тұрақтысы,N-молекулалар саны,n-молекулалар шоғыры(концентрациясы)

-тұрақты масса кезінде теңдеуді Клапейрон теңдеуі немесе Газдың біріктірілген заңы деп аталады.

20 Билет.

Барометрлік формула. Больцман таралуы.

Молекулалардын, хаостық қозғалысының арқасында газ бөлшектері ыдыстың көлемінде біркелкі таралады, сөйтіп ыдыстың көлемінің әрбір бірлігінде орташа есеппен бөлшектердің бірдей саны болады. Тепе-тендік күйде газдың кысымы мен температурасы да көлемнің өне бойында бірдей болады. Бірақ мүндай жағдай, тек сыртқы күштер әсер етпейтін кезде ғана болады. Сыртқы күштер бар кезде молекулалардын қозғалысы газға басқа сипат береді. P_h=P₀ e^-Mgh/kT

Барометрлік формулаь ауа бағаны биіктігінің өзгеруі кезіндегі атмосфералық қысымның өзгеру заңын өрнектейді.

Кысымнын биіктікке тәуелді түрде өшетінін көрсететін өрнек барометрлік өрнек деп аталады. Осы өрнектен көріп отырғанымыздай, газ қысымы биіктікке байланысты экспонента түрінде азаяды екен. P қысымын nkT арқылы, ал M/R–ді m/k-мен алмастырып, кез келген күштің потенциал өрісінде бөлшектердің биіктік бойынша, сонымен қатар олардың потенциалдық энергияларының мәндері бойынша таралу заңын (Больцманның таралу заңын) анықтаймыз:

n=n₀ e^-Mgh/RT = n₀ e^-mgh/RT = n₀ e^{- E /kT}

мұндағы n₀–биіктігі нольге тең бірлік көлемдегі бөлшектер саны, ал n-h биіктіктегі дәл сондай сан. Бұл формуладан потенциалдық энергиясы аз болатын жерлерде бөлшектердің тығыз орналасып, ал потенциалдық энергиясы көп болатын жерлерде сирегірек орналасатындығы шығады. Т=const болғанда молекулалардың еркін жолының ұзындығы қысымға кері пропорционал болатынын көреміз.Газ тепе-теңдік күйде болғанда оның температурасы мен қысымы көлемнің кез-келген нүктесінде тұрақты болады.