Изучение дискретного строения вещества в физике средней школы

На рисунке показана схема установки Перрена, состоящей из микроскопа с малой глубиной поля зрения и кюветы с эмульсией, а также сильно увеличенный вид этой кюветы сбоку, показывающий распределение броуновских частиц по глубине.

Зная массу одного моля газа и массу одной его молекулы, уже нетрудно сосчитать число молекул в моле:

Повторить опыты Перрена в условиях школьного кабинета физики вряд ли удастся, но можно попытаться хотя бы определить порядок величины числа Авогадро на основе данных уже известного нам простого эксперимента, который мы вполне можем поставить самостоятельно. Это эксперимент с получением тончайшей масляной пленки на поверхности воды.

Если объем капли V, площадь масляного пятна S, толщина слоя d, объем одной молекулы V1, то:

Тогда объем и масса моля вещества:

Отсюда:

В числах это может выглядеть так:

Одно из основных положений молекулярно-кинетической теории гласит, что молекулы находятся в беспрерывном движении. Сражу же возникает вопрос: а каковы скорости движения молекул?

6. Опытное определение скоростей молекул

Впервые прямые измерения скоростей молекул были проведены в 1920 г. немецким физиком О. Штерном.

Идея опыта Штерна состояла в следующем. По оси двух соосных цилиндров, большого и малого, натягивается посеребренная проволока. В малом цилиндре делается узкая щель. Если по проволоке пропускается электрический ток, проволока накаляется, серебро испаряется и его молекулы разлетаются в разные стороны. Молекулы, пролетевшие в щель, оставляют на стенке большого цилиндра след.

Если цилиндры будут вращаться вокруг общей оси с одинаковой угловой скоростью, то за время, которое необходимо молекулам для того, чтобы пролететь путь L между цилиндрами, внешний цилиндр успеет повернуться на некоторый угол, вследствие чего след от молекулярного пучка сместится на величину S от метки, оставленной им в первом случае. Время поворота внешнего цилиндра относительно внутреннего можно выразить через смещение полоски и линейную скорость вращения v цил . При равномерном вращении, скорость большого цилиндра выражается через его радиус R и период обращения T.

Период же рассчитывается через число оборотов в единицу времени n. Время полета молекул от одного цилиндра до другого выражается через радиусы цилиндров R , r и искомую скорость v мол. Все отмеченные связи представлены ниже двумя способами. В одном случае рассуждения ведутся от искомой величины - скорости газовых молекул. Эта величина связывается с другими величинами. Те, в свою очередь, со следующими. Если величина нам неизвестна, она обводится кружком, если известна или принципиально определяема, то нет.

Во втором случае рассуждения ведутся от основной идеи. В данном случае, это идея о равенстве времен пролета молекулярным пучком расстояния между цилиндрами и поворота цилиндров на некоторый угол, заданный направлениями на две отметки на стенках внешнего цилиндра.

Опыт Штерна дал следующий результат. Смещенная полоска серебра на внешнем цилиндре оказалась размытой, что могло быть объяснено различием скоростей молекул.

Информация по теме:

Классификация видов самостоятельной работы
Все виды самостоятельной работы, применяемые в учебном процессе, можно классифицировать по различным признакам: по дидактической цели, по характеру учебной деятельности учащихся, по содержанию, по степени самостоятельности и элементу творчества учащихся и т. д. Первое направление в классификации са ...

Система подготовки детей к обучению в школе по программе «Хочу всё знать»
Опытно-экспериментальная работа проводилась на базе ДОУ №24 г. Вольска (воспитатели: В.Ф. Николаева и М.Н. Макарова) с 1 октября 2006 года в подготовительной к школе группе. В группе 19 человек (14 девочек и 5 мальчиков). Опишем систему подготовки детей к школьному обучению в детском саду на базе Д ...

Изучение жизни и творчества С. Есенина на завершающем этапе литературного образования
Эпиграфом к общей теме "Сергей Есенин. Жизнь и творчество" могут стать слова А. Серафимовича "Это был великий художник. С огромной интуицией, с огромным творчеством, единственный в наше время поэт. Такой чудовищной способности изображения тончайших переживаний, самых нежнейших, самых ...