![](/user_photo/1334_ivfwg.png)
- •Глава 1. Первое начало термодинамики
- •1.1. Термодинамические состояния и термодинамические процессы
- •1.2. Внутренняя энергия и температура термодинамической системы
- •1.3. Методы измерения температуры
- •1.4. Адиабатически изолированная система
- •1.5. Первое начало термодинамики
- •Глава 2. Уравнения состояния термодинамических систем.
- •2.1. Уравнение состояния идеального газа
- •.2. Основные положения молекулярно-кинетической теории
- •2.3. Экспериментальные подтверждения молекулярно-кинетической теории
- •2.4. Теплоёмкость идеального газа
- •2.5. Адиабатический процесс
- •2.6. Политропический процесс
- •2.7. Газ Ван-дер-Ваальса
- •Глава 3. Второе и третье начала термодинамики.
- •3.1. Тепловые машины
- •3.2. Цикл Карно
- •3.3. Расчет цикла Карно для реального газа
- •3.4. Второе начало термодинамики
- •3.5. Теорема Карно
- •3.6. Термодинамическая шкала температур
- •3.7. Неравенство Клаузиуса
- •3.8. Термодинамическая энтропия
- •3.9. Закон возрастания энтропии
- •3.10. Третье начало термодинамики
- •Глава 4. Описание термодинамических процессов.
- •4.1. Основное неравенство и основное уравнение термодинамики
- •4.2. Термодинамические потенциалы
- •4.3. Применение термодинамических потенциалов для описания эффекта Джоуля-Томсона
- •4.4. Принцип Ле-Шателье - Брауна
- •4.5. Введение в термодинамику необратимых процессов
- •Глава 5. Статистическое описание равновесных состояний.
- •5.1. Функция распределения
- •5.2. Распределение Больцмана
- •5.3. Принцип детального равновесия
- •5.4. Распределение Максвелла
- •5.5. Экспериментальная проверка распределения Максвелла
- •5.6. Распределение Максвелла-Больцмана
- •5.7. Каноническое распределение Гиббса
- •5.8. Равновесные флуктуации
- •5.9. Статистическое обоснование второго начала термодинамики
- •Глава 6. Явление переноса.
- •6.1. Термодинамические потоки
- •6.2. Описание явлений переноса в газах
- •6.3. Эффузия в разреженном газе
- •6.4. Броуновское движение
- •6.5. Производство энтропии в необратимых процессах
- •Глава 7. Равновесие фаз и фазовые превращения.
- •7.1. Агрегатные состояния вещества
- •7.2. Условия равновесия фаз
- •7.3. Явления на границе раздела газа, жидкости и твердого тела
- •7.4. Фазовые переходы первого рода
- •7.5. Диаграммы состояния
- •7.6. Фазовые переходы второго рада
- •7.7. Критические явления при фазовых переходах
5.5. Экспериментальная проверка распределения Максвелла
Первым экспериментальным подтверждением существования распределения молекул по скоростям можно считать результаты опыта Штерна, описанного в параграфе 2.3. Но точность этого опыта была недостаточной для установления конкретного вида распределения.
Прямые измерения скорости атомов ртути в пучке были выполнены в 1929 году Ламмертом. Упрощенная схема этого эксперимента показана на рис. 5.6.
|
Рис. 5.6. Схема опыта Ламмерта 1 - быстро вращающиеся диски, 2 - узкие щели, 3 - печь, 4 - коллиматор, 5 - траектория молекул, 6 - детектор |
Два
диска 1, насаженные на общую ось, имели
радиальные прорези 2, сдвинутые друг
относительно друга на угол
.
Напротив щелей находилась печь 3, в
которой нагревался до высокой температуры
легкоплавкий металл. Разогретые атомы
металла, в данном случае ртути, вылетали
из печи и с помощью коллиматора 4
направлялись в необходимом направлении.
Наличие двух щелей в коллиматоре
обеспечивало движение частиц между
дисками по прямолинейной траектории
5, параллельной их оси. В установке
Ламмерта в дисках было сделано множество
щелей (они на рисунке не изображены) с
целью увеличения интенсивности прошедшего
пучка. Далее атомы, прошедшие прорези
в дисках, регистрировались с помощью
детектора 6. Вся описанная установка
помещалась в глубокий вакуум.
При
вращении дисков с постоянной угловой
скоростью
,
через их прорези беспрепятственно
проходили только атомы, имевшие скорость
:
|
(5.75) |
где
-
расстояние между вращающимися дисками.
Изменяя
угловую скорость вращения дисков можно
было отбирать из пучка молекулы, имеющие
определенную скорость
,
и по регистрируемой детектором
интенсивности судить об относительном
содержании их в пучке.
Таким способом удалось экспериментально проверить статистический закон распределения молекул по скоростям. Позже, когда при создании ядерного оружия возникла необходимость выделения нейтронов с определенной кинетической энергией, подобная схема была применена в устройстве, названным нейтронным монохроматором, позволяющим получать энергетические спектры нейтронов.
Несколько
иначе был организован эксперимент по
определению распределения по скоростям
для атомов цезия, выполненный в 1947 году
немецким физиком-экспериментатором
Иммануэлем
Эстерманом (1900
- 1973) совместно с О.
Симпсоном
и Штерном. На рис. 5.7. приведено схематическое
изображение опыта Эстермана. Пучок
атомов цезия вылетал через отверстие
в печи 1 с некоторой скоростью
и
под действием силы тяжести начинал
двигаться по параболе. Атомы, прошедшие
через узкую щель в диафрагме 2, улавливались
детектором 3, который можно было
располагать на различных высотах
.
|
Рис. 5.7. Схема опыта Эстермана 1 - печь, 2 - диафрагма с узкой щелью, 3 - детектор |
Величина
отклонения
пучка
в гравитационном поле Земли зависела
от скорости атома. В этих опытах отклонение
составляло
величину порядка нескольких долей
миллиметра при расстоянии
от
печи до детектора равном 2 метрам.
Перемещая датчик и регистрируя количество
атомов цезия, попадающих в детектор за
единицу времени, можно было построить
зависимость интенсивности пучка от
величины
.
Последующий пересчет, с учетом известной
зависимости высоты
от
скорости атома
,
давал распределение по скоростям атомов
цезия.
Все проведенные эксперименты подтвердили справедливость полученного Максвеллом распределения по скоростям для атомных и молекулярных пучков.