Штерн тәжірибесі

Алғаш 1920 ж. жіңішке молекулалық шоқты шығарып алу арқылы тәжірибе жүзінде молекуланың жылдамдығы анықталды. ОО₁ осі арқылы айнала алатын бірінің ішіне бірі орналасқан екі кішкене цилиндр алынады (үлкен цилиндрдің радиусы 5-6 см), цилиндрдегі ауа 0,0001 мм. сын. бағанасының қысымына дейін сорылып алынған. Ось ретінде күміспен қапталған (37-сурет) платина сым алынған, ол ток арқылы қыздырылады. Белгілі бір температурада күміс қабаты буланып, оның молекулалары әр жаққа ұшады; бір бөлігі І цилиндрді бүйіріндегі ОО осіне параллель кесілген жіңішке Sсаңылау арқылы өтеді. Одан әрі бұл молекулалар В диафрагмадан жіңішке молекулалық шоқ түрінде өтеді де, 2 цилиндрдегі шыны Р пластинкаға түсіп, оның бетінде жіңішке жолақ түрінде із қалдырады; цилиндрлер қозғалмай тұрғанда із орны L болсын (37-сурет).

Ц L1 S L P L2 38-сурет илиндрлер айналған кезде жолақтар цилиндрлердің айналу бағытына қарсы жаққа қарай ығысып, L1L2 орынға барады. Өйткені молекула SL жол жүргенше, 2 цилиндрдегі С нүктесі С/ орынға ығысады. SL=l қашықтықты молекула уақытта жүреді. υ-сымның температурасы Т болғандағы молекуланың орташа квадраттық жылдамдығы. Осы уақыт ішінде күміс молекулаларының жолақ ізі LL1=d аралыққа ығысады d=ωlt=2πνlt.

(7.17) .

Бұдан ν, l-дің мәндерін білсек және d=LL₁ ығысуды

бақылап кез-келген Т температурасындағы күміс

молекуласының орташа квадраттық жылдам-

дығын есептеуге болады. Цилиндрдің айналу бағы-

тын өзгертсек молекулалық жолақтың екінші жаққа (L₂) ығысқанын бақылаймыз: d-аз болғандықтан, L₁L₂=2d ығысу аралығын өлшеп, жартысын алса болады. Т= 1473 К (1200⁰С) , ν=2700 айн/мин болғанда Штерн 675 м/с деп тапқан. Тәжірибеден тек ықтимал жылдамдық мәні анықталады; өйткені молекулалар әртүрлі жылдамдықпен қозғалып, цилиндр бетіне жәйіліп түсетіндіктен ондай молекулалардың жылдамдығын анықтау қиын.

Сұрақтар

1. Штерн тәжірибесі не үшін және қалай жасалды?

2. Штерн тәжірибесінің нәтижесі қандай болды?

Барометрлік формула

Газдардың молекула-кинетикалық теориясының негізгі теңдеуін қорытқанда газ молекуласына сыртқы күш әсер етпейді, сондықтан да газ молекулалары барлық көлемге біркелкі таралған деп қарастырдық. Бірақ кез-келген газдың молекуласын Жердің потенциалдық өрісі тартады. Осы тартылыстың, әрі молекулалардың қозғалысы салдарынан газ қысымы биіктік артқан сайын азаяды.

Тартылыс өрісін біртекті, температура тұрақты, барлық молекулалардың массалары бірдей деп алып, қысым мен биіктік арасындағы байланысты қорыталық.

Егер сұйықты (мысалы суды) тік цилиндр формалы ыдысқа құйсақ, онда оның ыдыс түбіне түсіретін қысымы сұйық бағанының биіктігіне пропорционал болады. Айталық су бағанының биіктігі h=10,3м болсын, онда сұйықтың еркін бетімен (А) түбінің арасындағы қысым айырымы 1 атм-ғатең (37-сурет). Ал газдар үшін бұл орындалмайды.

Г 10,3 м Һ 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 атм 39-сурет аздардың с ығылғыштығының салдарынан оның тығыздығы тереңдігіне пропорционал артады да, олай болса газ бағанының (биіктігінің) бойында тығыздық біркелкі болмайды. Сондықтан сұйықтарда қолданылатын қысымның биіктікке пропорционал таралуының сызықтық заңы газдарға қолданылмайды. Жер бетінен h биіктіктегі атмосфера қабатын қарастырайық; жер бетіндегі қалыпты

қысым Р₀=10330 кг/м² кезінде ауаның тығыздығы (0⁰С кезінде) ρ₀=1,293 кг/м³ (39-сурет). Ал һ биіктікте қысым Р₁, тығыздық ρ. Биіктік һ-қа артқанда қысым dP-ға кемиді, оны

–dP= ρgdh (7.18)

Осы һ биіктікте температура тұрақты деп санап, Бойль-Мариотт заңы бойынша: , жазамыз.

Тығыздықтың осы мәнін (7.18) формуласына қойсақ

, (7.19)

С Ph dP dh Ph A h P0 B 40-сурет оңғыны 0-ден Рh және 0-ден һ-қа дейін интегралдасақ: , , бұдан (7.20) Мұны барометрлік формула деп атайды, ол арқылы һ биіктіктегі атмосфераның қысымын

есептеуге болады. е-нің көрсеткіші тұрақты деп есептесек, онда шығады.

Сөйтіп барометрлік қысым мен биіктік арасындағы байланысты (1.20) формуласы арқылы есептейміз. Керісінше, барометрлік формула арқылы қысымның кемуіне қарап, жер бетінен биіктіктің шамасын немесе биіктіктер айырымын табуға болады. Осы принципке негізделген құрал-альтиметрдің авиацияда ролі зор. Барометрлік формуланы қорытқанда T=const деп алдық, шындығында T≠ const, олай болса қысымның өзгеруі температураға тәуелді. Осыны ескерсек (1.20) формуласы күрделенеді.

Сұрақтар

1. Барометрлік формуланы қорытып шығарыңыздар

2. Барометрлік формуланың қолданылуына мысалдар келтіріңіздер