обновление от 16.05.2008

Распределение молекул по скоростям.

Интерактивные анимации, иллюстрирующие зависимость наиболее вероятной скорости движения молекул от температуры

Развитию молекулярно-кинетической теории газов способствовала работа английского физика Дж. Максвелла «Пояснения к динамической теории газов» (1860).

В этой работе Максвелл пришел к фундаментальному выводу: молекулы газа движутся с различными скоростями (ранее скорости молекул считали одинаковыми). При столкновении молекул направления и модули векторов их скоростей изменяются, но распределение молекул по возможным значениям скоростей остается неизменным. Исходя из основных положений молекулярно-кинетической теории, Дж. Максвелл вывел закон распределения молекул газа по скоростям.

Проанализируем интерактивный график, иллюстрирующий максвелловское распределение молекул по скоростям. Линия синего цвета характеризует распределение молекул при низкой температуре, а красного — при более высокой температуре. На оси абсцисс отложен модуль скорости, на оси ординат — относительное число молекул, скорости которых лежат в интервале значений от v до v + дельта v

Перемещая ползунок влево или вправо на интерактивной анимации замечаем, что значительное число молекул движется со скоростью, близкой к значению, которая называется наиболее вероятной скоростью. Эта скорость зависит от температуры вещества — она уменьшается с понижением температуры. На графике наиболее вероятной скорости соответствует максимум.

Хотя молекулы могут двигаться с любыми скоростями, фактически число молекул, скорость которых значительно отличается от наиболее вероятной, весьма мало. Нулю равно число молекул, скорость которых равна нулю — это значит, что в веществе нет покоящихся молекул. Число молекул, скорость которых в три раза больше наиболее вероятной, тоже близко к нулю — это значит, что ничтожно мала вероятность события, заключающегося в том, что молекула приобретет скорость, значительно превышающую наиболее вероятную.

Наконец, с понижением температуры число быстро движущихся молекул уменьшается, а число медленно движущихся возрастает. Максимум кривой распределения смещается влево, и кривая становится более острой.

Наиболее вероятная скорость движения молекул газа по предсказаниям теории при температуре около 0 °С должна быть равна нескольким сотням метров в секунду (для молекул водорода — 1500 м/с, кислорода — 380 м/с и т. д.).

Этот вывод как будто свидетельствует против теории, так как противоречит факту малой скорости диффузии газов, например при распространении запахов в воздухе, но мы- то с вами уже знаем, почему это происходит.В противном случае ответ, поясняющий данное разногласие, можно найти, начиная с этой страницы - показать или с этой - показать

А вот как удалось измерить столь высокие скорости столь малых частиц, которые не видны даже под обычным микроскопом? На этот вопрос мы найдем ответ на следующей странице

предыдущая : продолжение