Учебное пособие по физике. Часть II. Молекулярно-кинетическая теория, страница 12

В 1827 году, наблюдая в лупу с большим увеличением за взвесью цветочной пыльцы в воде, английский ботаник Р. Броун заметил, что крошечные частицы пыльцы погружаются в воду непрерывно и хаотично движутся. Сначала Броун считал, что это происходит потому, что частички живые. Позднее он обнаружил, что частички движутся и в том случае, когда их взвесь прокипятили. Ещё позже Браун заметил, что хаотическое движение совершают мелкие частички, приготовленные из любого вещества. Очень хорошо заметно движение частичек сажи или акварельной краски в воде. Броун не мог объяснить это явление. Изучением Броуновского движения занимались многие учёные. Было установлено, что броуновское движение хаотично и происходит неограниченно долго, а скорость движения броуновских частиц зависит от их массы и возрастает с повышением температуры. В 1905-1906 гг А. Эйнштейн разработал строчную количественную теорию броуновского движения, которая в 1907-1913 гг была экспериментально проверена французским физиком Ж. Перреном. Броуновское движение является одним из наиболее убедительных доказательств правильности основных представлений о молекулах и молекулярном движении.

Движение пылинок, осуществлённое ударами хаотически движущихся молекул, называется броуновским движением.

Агрегатное состояние вещества.

Вещество может находиться в одном из трёх состояний, которое зависят от взаимодействий между молекулами. Рассмотрим эти состояния и составим таблицу.

Агрегатное состояние вещества	Характер движения частиц	Характер взаимодействия частиц
Газообразное	Хаотически, скорость диффузии высокая	Силы притяжения между молекулами очень малы. Молекулы находятся на значительном расстоянии друг от друга (по сравнению с их размерами).
Жидкое	Молекулы медленно перемещаются внутри жидкости, пребывая часть времени около определённых мест.	Молекулы жидкости находятся на малом расстоянии друг от друга, увеличивая силы притяжения молекул друг к другу.
Твёрдое	Молекулы колеблются, отклоняясь на малые расстояния.	Расстояние между молекулами мало, увеличиваются силы отталкивания.

Измерение скоростей движения молекул.

Опыт Штерна.

Впервые скорость поступательного движения молекул определил экспериментально в 1920 году немецкий физик О. Штерн. Опыт Штерна является одним из фундаментальных опытов, и его многократно повторяли во многих научных лабораториях мира.

Опыт: На столике, который может вращаться вокруг оси О. Перпендикулярно столику укрепляются цилиндрические поверхности А и В. Поверхность В сплошная, а поверхность А имеет узкий прорез, параллельно оси О. Осью О служит расположенная платиновая посеребрённая проволока, которая включена в электрическую цепь. При пропускании тока проволока накаливается и с её поверхности происходит испарение серебра. Молекулы серебра летят во все стороны и в основном оседают на внутренней стороне цилиндрической поверхности А. лишь узкий пучок молекул серебра пролетает сквозь щель в этой поверхности и оседает в области М на поверхности В.  Ширина налёта в М определяется шириной щели в поверхности А. Чтобы молекулы серебра не рассеивались при столкновении с молекулами воздуха, вся установка накрывается колпаком, из-под которого выкачивается воздух. Чем уже щель А, тем уже налет в М и тем точнее может быть определена скорость движения молекул. Если установку привести во вращение вокруг оси О с постоянной скоростью ω, то за время t, в течении которого молекула будет лететь от щели до поверхности В, последняя успеет повернуться, и налет сместится из области М в область К. Следующее время полёта вдоль радиуса r и время смещения точки М по поверхности В на расстояние l=ˇКМ одинаково. Так как молекула лежит равномерно, то

 

Рисунок 1 – опыт Штерна

Опыт Штерна: а) план установки; б) налет серебра в точке М (при неподвижных цилиндрах); в) налет серебра в точке К (при вращении цилиндров с угловой скоростью ω)