Εκπαιδευτικές ταινίες ντοκιμαντέρ. Σειρά "Φυσική".
Η παρουσία μαγνητικών ροπών στα άτομα και η κβαντοποίησή τους αποδείχθηκε με απευθείας πειράματα των Stern και Gerlach (1889-1979) το 1921. Σε ένα δοχείο με υψηλό κενό, δημιουργήθηκε μια έντονα περιορισμένη ατομική δέσμη του υπό μελέτη στοιχείου χρησιμοποιώντας διαφράγματα. που εξατμίζεται σε κλίβανο Κ. Η δέσμη περνούσε από ισχυρό μαγνητικό πεδίο Ν
μεταξύ των κομματιών πόλων N και S του ηλεκτρομαγνήτη. Η μία από τις άκρες (Ν) έμοιαζε με πρίσμα με αιχμηρή άκρη, και κατά μήκος της άλλης (S) ήταν κατεργασμένη μια αυλάκωση. Χάρη σε αυτό το σχέδιο των κομματιών του πόλου, το μαγνητικό πεδίο ήταν εξαιρετικά ανομοιογενές. Αφού πέρασε από το μαγνητικό πεδίο, η δέσμη χτύπησε τη φωτογραφική πλάκα P και άφησε ένα ίχνος πάνω της.
Ας υπολογίσουμε πρώτα τη συμπεριφορά μιας ατομικής δέσμης από κλασική άποψη, υποθέτοντας ότι δεν υπάρχει κβαντισμός των μαγνητικών ροπών. Εάν η m-μαγνητική ροπή ενός ατόμου, τότε η δύναμη ασκεί το άτομο σε ένα μη ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο
Ας κατευθύνουμε τον άξονα Z κατά μήκος του μαγνητικού πεδίου (δηλαδή, από το N στο S κάθετα στα κομμάτια του πόλου). Τότε η προβολή της δύναμης προς αυτή την κατεύθυνση θα είναι
Οι δύο πρώτοι όροι σε αυτήν την έκφραση δεν παίζουν ρόλο.
Στην πραγματικότητα, σύμφωνα με τις κλασικές έννοιες, ένα άτομο σε ένα μαγνητικό πεδίο προχωρά γύρω από τον άξονα Z, περιστρέφοντας με τη συχνότητα Larmor
(το φορτίο του ηλεκτρονίου συμβολίζεται με -ε). Επομένως, οι προβολές ταλαντώνονται με την ίδια συχνότητα και γίνονται εναλλάξ θετικές και αρνητικές. Εάν η γωνιακή ταχύτητα μετάπτωσης είναι αρκετά μεγάλη, τότε η δύναμη fz μπορεί να υπολογιστεί κατά μέσο όρο με την πάροδο του χρόνου. Σε αυτήν την περίπτωση, οι δύο πρώτοι όροι στην έκφραση για το fz θα εξαφανιστούν και μπορούμε να γράψουμε
Για να έχουμε μια ιδέα του βαθμού παραδεκτού αυτού του μέσου όρου, ας κάνουμε μια αριθμητική εκτίμηση. Η περίοδος της μετάπτωσης του Larmor είναι,
όπου το πεδίο H μετριέται σε γκαους. Για παράδειγμα, στο H = 1000 G λαμβάνουμε s. Εάν η ταχύτητα των ατόμων στη δέσμη είναι = 100 m/s = cm/s, τότε σε αυτό το διάστημα το άτομο διανύει απόσταση cm, η οποία είναι αμελητέα σε σύγκριση με όλες τις χαρακτηριστικές διαστάσεις της εγκατάστασης. Αυτό αποδεικνύει τη δυνατότητα εφαρμογής του μέσου όρου που εκτελείται.
Αλλά ο τύπος μπορεί επίσης να δικαιολογηθεί από κβαντική άποψη. Στην πραγματικότητα, η συμπερίληψη ενός ισχυρού μαγνητικού πεδίου κατά μήκος του άξονα Ζ οδηγεί σε μια ατομική κατάσταση με ένα μόνο συγκεκριμένο στοιχείο της μαγνητικής ροπής, δηλαδή . Τα υπόλοιπα δύο στοιχεία σε αυτήν την κατάσταση δεν μπορούν να έχουν συγκεκριμένες τιμές. Κατά τη μέτρηση σε αυτήν την κατάσταση, θα παίρναμε διαφορετικές τιμές και, επιπλέον, οι μέσοι όροι τους θα ήταν ίσοι με μηδέν. Επομένως, ακόμη και σε κβαντικές εκτιμήσεις, ο μέσος όρος είναι δικαιολογημένος.
Ωστόσο, θα πρέπει να περιμένουμε διαφορετικά πειραματικά αποτελέσματα από την κλασική και την κβαντική άποψη. Στα πειράματα των Stern και Gerlach, ένα ίχνος ατομικής δέσμης λήφθηκε πρώτα με απενεργοποιημένο το μαγνητικό πεδίο και στη συνέχεια με ενεργοποιημένο. Εάν η προβολή μπορούσε να λάβει όλες τις πιθανές συνεχείς τιμές, όπως απαιτεί η κλασική θεωρία, τότε η δύναμη fz θα έπαιρνε επίσης όλες τις πιθανές συνεχείς τιμές. Η ενεργοποίηση ενός μαγνητικού πεδίου θα οδηγούσε μόνο σε διεύρυνση της δέσμης. Αυτό δεν είναι αυτό που θα περίμενε κανείς από την κβαντική θεωρία. Σε αυτήν την περίπτωση, η προβολή mz, και μαζί της η μέση δύναμη fz, κβαντίζονται, δηλαδή μπορούν να λάβουν μόνο έναν αριθμό διακριτών επιλεγμένων τιμών. Αν ο τροχιακός κβαντικός αριθμός ενός ατόμου είναι ίσος με Εγώ, τότε σύμφωνα με τη θεωρία, κατά τη διαίρεση, το αποτέλεσμα θα είναι δέσμες (δηλαδή, είναι ίσο με τον αριθμό των πιθανών τιμών που μπορεί να πάρει ο κβαντικός αριθμός m). Έτσι, ανάλογα με την αξία του αριθμού Εγώθα περίμενε κανείς ότι η δέσμη θα χωριζόταν σε 1, 3, 5, ... εξαρτήματα. Ο αναμενόμενος αριθμός στοιχείων πρέπει να είναι πάντα περιττός.
Τα πειράματα των Stern και Gerlach απέδειξαν την κβαντοποίηση της προβολής. Ωστόσο, τα αποτελέσματά τους δεν αντιστοιχούσαν πάντα στη θεωρία που περιγράφηκε παραπάνω. Στα αρχικά πειράματα χρησιμοποιήθηκαν δέσμες ατόμων αργύρου. Σε ένα μαγνητικό πεδίο, η δέσμη χωρίστηκε σε δύο συστατικά. Το ίδιο συνέβη και για τα άτομα υδρογόνου. Για άτομα άλλων χημικών στοιχείων, λήφθηκε ένα πιο περίπλοκο μοτίβο διάσπασης, αλλά ο αριθμός των διαχωρισμένων δεσμών δεν ήταν μόνο περιττός, κάτι που απαιτούσε η θεωρία, αλλά και ζυγό, το οποίο αντέκρουε. Ήταν απαραίτητο να γίνουν προσαρμογές στη θεωρία.
Σε αυτό θα πρέπει να προστεθούν τα αποτελέσματα των πειραμάτων του Einstein και του de Haas (1878-1966), καθώς και τα πειράματα του Barnet (1873-1956) για τον προσδιορισμό της γυρομαγνητικής αναλογίας. Για τον σίδηρο, για παράδειγμα, αποδείχθηκε ότι η γυρομαγνητική αναλογία είναι ίση με, δηλ., διπλάσιο από αυτό που απαιτεί η θεωρία.
Τέλος, αποδείχθηκε ότι οι φασματικοί όροι των αλκαλιμετάλλων έχουν τη λεγόμενη δομή διπλού, δηλαδή αποτελούνται από δύο στενά απέχοντα επίπεδα. Για να περιγράψουμε αυτή τη δομή τριών κβαντικών αριθμών n, Εγώ, το m αποδείχθηκε ανεπαρκές - απαιτήθηκε ένας τέταρτος κβαντικός αριθμός. Αυτό ήταν το κύριο κίνητρο που βοήθησε τον Uhlenbeck (γενν. 1900) και τον Goudsmit (1902-1979) το 1925 να εισαγάγουν την υπόθεση του σπιν ηλεκτρονίων. Η ουσία αυτής της υπόθεσης είναι ότι το ηλεκτρόνιο δεν έχει μόνο γωνιακή ορμή και μαγνητική ροπή που σχετίζονται με την κίνηση αυτού του σωματιδίου στο σύνολό του. Το ηλεκτρόνιο έχει επίσης τη δική του ή εσωτερική μηχανική γωνιακή ορμή, που θυμίζει από αυτή την άποψη μια κλασική κορυφή. Αυτή η εγγενής γωνιακή ορμή ονομάζεται spin (από την αγγλική λέξη to spin - to spin). Η αντίστοιχη μαγνητική ροπή ονομάζεται μαγνητική ροπή σπιν. Αυτές οι ροπές υποδηλώνονται αναλόγως, σε αντίθεση με τις τροχιακές ροπές. Το σπιν πιο συχνά υποδηλώνεται απλώς με μικρό.
Στα πειράματα των Stern και Gerlach, τα άτομα υδρογόνου ήταν στην κατάσταση s, δηλαδή δεν είχαν τροχιακές ροπές. Η μαγνητική ροπή του πυρήνα είναι αμελητέα. Επομένως, οι Uhlenbeck και Goudsmit πρότειναν ότι η διάσπαση της δέσμης δεν προκαλείται από την τροχιακή, αλλά από τη μαγνητική ροπή σπιν. Το ίδιο ισχύει και για πειράματα με άτομα αργύρου. Το άτομο αργύρου έχει ένα μόνο εξώτατο ηλεκτρόνιο. Λόγω της συμμετρίας του, ο ατομικός πυρήνας δεν έχει σπιν και μαγνητικές ροπές. Ολόκληρη η μαγνητική ροπή ενός ατόμου αργύρου δημιουργείται από ένα μόνο εξωτερικό ηλεκτρόνιο. Όταν το άτομο βρίσκεται στην κανονική, δηλαδή στην κατάσταση s, τότε η τροχιακή ορμή του ηλεκτρονίου σθένους είναι μηδέν - ολόκληρη η ορμή είναι σπιν.
Οι ίδιοι οι Uhlenbeck και Goudsmit υπέθεσαν ότι το σπιν προκύπτει λόγω της περιστροφής του ηλεκτρονίου γύρω από τον άξονά του. Το μοντέλο του ατόμου που υπήρχε εκείνη την εποχή έμοιαζε ακόμη περισσότερο με το ηλιακό σύστημα. Τα ηλεκτρόνια (πλανήτες) όχι μόνο περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα (Ήλιος), αλλά και γύρω από τους δικούς τους άξονες. Ωστόσο, η ασυνέπεια μιας τέτοιας κλασικής ιδέας για την πλάτη έγινε αμέσως σαφής. Ο Pauli εισήγαγε συστηματικά το spin στην κβαντική μηχανική, αλλά απέκλεισε κάθε πιθανότητα κλασικής ερμηνείας αυτής της ποσότητας. Το 1928, ο Dirac έδειξε ότι το σπιν του ηλεκτρονίου περιλαμβανόταν αυτόματα στη θεωρία του για το ηλεκτρόνιο, με βάση τη σχετικιστική εξίσωση κυμάτων. Η θεωρία του Dirac περιέχει επίσης τη μαγνητική ροπή σπιν του ηλεκτρονίου και για τη γυρομαγνητική αναλογία προκύπτει μια τιμή που είναι σύμφωνη με το πείραμα. Ταυτόχρονα, δεν ειπώθηκε τίποτα για την εσωτερική δομή του ηλεκτρονίου - το τελευταίο θεωρήθηκε ως ένα σημειακό σωματίδιο με μόνο φορτίο και μάζα. Έτσι, το σπιν του ηλεκτρονίου αποδείχθηκε ότι ήταν ένα κβαντικό σχετικιστικό φαινόμενο που δεν έχει κλασική ερμηνεία. Στη συνέχεια, η έννοια του σπιν, ως εσωτερικής γωνιακής ορμής, επεκτάθηκε και σε άλλα στοιχειώδη και σύνθετα σωματίδια και βρήκε επιβεβαίωση και ευρεία εφαρμογή στη σύγχρονη φυσική.
Φυσικά, σε ένα γενικό μάθημα φυσικής δεν υπάρχει η ευκαιρία να μπούμε σε μια λεπτομερή και αυστηρή θεωρία του spin. Παίρνουμε ως αρχική θέση ότι το spin s αντιστοιχεί σε έναν τελεστή διανύσματος του οποίου οι προβολές ικανοποιούν τις ίδιες σχέσεις μεταγωγής με τις προβολές του τελεστή της τροχιακής ορμής, δηλ.
Από αυτά προκύπτει ότι το τετράγωνο της συνολικής περιστροφής και μία από τις προβολές του σε έναν συγκεκριμένο άξονα (συνήθως λαμβάνεται ως άξονας Z) μπορεί να έχει ορισμένες τιμές στην ίδια κατάσταση. Εάν η μέγιστη τιμή της προβολής sz (σε μονάδες του ) είναι ίση με s, τότε ο αριθμός όλων των πιθανών προβολών που αντιστοιχούν σε ένα δεδομένο s θα είναι ίσος με 2s + 1. Πειράματα των Stern και Gerlach έδειξαν ότι για ένα ηλεκτρόνιο αυτός ο αριθμός είναι 2, δηλαδή 2s + 1 = 2, από όπου s = 1/2. Η μέγιστη τιμή που μπορεί να λάβει η προβολή του σπιν στην επιλεγμένη κατεύθυνση (σε μονάδες), δηλαδή ο αριθμός s, λαμβάνεται ως η τιμή του σπιν του σωματιδίου.
Το σπιν ενός σωματιδίου μπορεί να είναι είτε ακέραιος είτε μισός ακέραιος. Για ένα ηλεκτρόνιο, επομένως, το σπιν είναι 1/2. Από τις σχέσεις μεταγωγής προκύπτει ότι το τετράγωνο σπιν ενός σωματιδίου είναι ίσο με , και για ένα ηλεκτρόνιο (σε μονάδες του 2).
Οι μετρήσεις της προβολής της μαγνητικής ροπής με τη μέθοδο Stern και Gerlach έδειξαν ότι για τα άτομα υδρογόνου και αργύρου η τιμή είναι ίση με το μαγνητόνιο Bohr, δηλ. Έτσι, η γυρομαγνητική αναλογία για το ηλεκτρόνιο
Στο δεύτερο μισό του δέκατου ένατου αιώνα, η μελέτη της Brownian (χαοτικής) κίνησης των μορίων προκάλεσε έντονο ενδιαφέρον σε πολλούς θεωρητικούς φυσικούς εκείνης της εποχής. Η ουσία που ανέπτυξε ο Σκωτσέζος επιστήμονας Τζέιμς, αν και ήταν γενικά αποδεκτή στους ευρωπαϊκούς επιστημονικούς κύκλους, υπήρχε μόνο σε υποθετική μορφή. Δεν υπήρχε καμία πρακτική επιβεβαίωση τότε. Η κίνηση των μορίων παρέμενε απρόσιτη για άμεση παρατήρηση και η μέτρηση της ταχύτητάς τους φαινόταν απλώς ένα άλυτο επιστημονικό πρόβλημα.
Γι' αυτό τα πειράματα ικανά να αποδείξουν στην πράξη το ίδιο το γεγονός της μοριακής δομής της ύλης και να προσδιορίσουν την ταχύτητα κίνησης των αόρατων σωματιδίων της αρχικά θεωρήθηκαν θεμελιώδη. Η αποφασιστική σημασία τέτοιων πειραμάτων για τη φυσική επιστήμη ήταν προφανής, καθώς κατέστησε δυνατή την απόκτηση μιας πρακτικής αιτιολόγησης και απόδειξης της εγκυρότητας μιας από τις πιο προοδευτικές θεωρίες εκείνης της εποχής - της μοριακής κινητικής.
Στις αρχές του εικοστού αιώνα, η παγκόσμια επιστήμη είχε φτάσει σε επαρκές επίπεδο ανάπτυξης για την εμφάνιση πραγματικών δυνατοτήτων για πειραματική επαλήθευση της θεωρίας του Maxwell. Ο Γερμανός φυσικός Otto Stern το 1920, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της μοριακής δέσμης, η οποία εφευρέθηκε από τον Γάλλο Louis Dunoyer το 1911, κατάφερε να μετρήσει την ταχύτητα κίνησης των μορίων αερίου του αργύρου. Το πείραμα του Stern απέδειξε αδιαμφισβήτητα την εγκυρότητα του νόμου Τα αποτελέσματα αυτού του πειράματος επιβεβαίωσαν την ορθότητα της εκτίμησης των ατόμων, η οποία προέκυψε από τις υποθετικές υποθέσεις που έκανε ο Maxwell. Είναι αλήθεια ότι η εμπειρία του Stern θα μπορούσε να παρέχει μόνο πολύ κατά προσέγγιση πληροφορίες σχετικά με την ίδια τη φύση της διαβάθμισης ταχύτητας. Η επιστήμη έπρεπε να περιμένει άλλα εννέα χρόνια για πιο λεπτομερείς πληροφορίες.
Ο Lammert μπόρεσε να επαληθεύσει τον νόμο κατανομής με μεγαλύτερη ακρίβεια το 1929, ο οποίος βελτίωσε κάπως το πείραμα του Stern περνώντας μια μοριακή δέσμη μέσω ενός ζεύγους περιστρεφόμενων δίσκων που είχαν ακτινικές οπές και μετατοπίζονταν μεταξύ τους κατά μια ορισμένη γωνία. Αλλάζοντας την ταχύτητα περιστροφής της μονάδας και τη γωνία μεταξύ των οπών, ο Lammert κατάφερε να απομονώσει μεμονωμένα μόρια από τη δέσμη που έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά ταχύτητας. Αλλά ήταν η εμπειρία του Stern που έθεσε τα θεμέλια για την πειραματική έρευνα στον τομέα της μοριακής κινητικής θεωρίας.
Το 1920 δημιουργήθηκε η πρώτη πειραματική εγκατάσταση που ήταν απαραίτητη για τη διεξαγωγή πειραμάτων αυτού του είδους. Αποτελούνταν από ένα ζευγάρι κυλίνδρων που σχεδίασε προσωπικά ο Stern. Στο εσωτερικό της συσκευής τοποθετήθηκε μια λεπτή ράβδος πλατίνας επικαλυμμένη με ασήμι, η οποία εξατμίστηκε όταν ο άξονας θερμάνθηκε με ηλεκτρισμό. Κάτω από συνθήκες κενού που δημιουργήθηκαν στο εσωτερικό της εγκατάστασης, μια στενή δέσμη ατόμων αργύρου πέρασε από μια διαμήκη σχισμή στην επιφάνεια των κυλίνδρων και εγκαταστάθηκε σε μια ειδική εξωτερική οθόνη. Φυσικά, η μονάδα βρισκόταν σε κίνηση και κατά τη διάρκεια του χρόνου που τα άτομα έφτασαν στην επιφάνεια, κατάφερε να περιστραφεί σε μια συγκεκριμένη γωνία. Με αυτόν τον τρόπο ο Στερν καθόρισε την ταχύτητα της κίνησής τους.
Όμως αυτό δεν είναι το μόνο επιστημονικό επίτευγμα του Ότο Στερν. Ένα χρόνο αργότερα, μαζί με τον Walter Gerlach, διεξήγαγαν ένα πείραμα που επιβεβαίωσε την παρουσία σπιν στα άτομα και απέδειξε το γεγονός της χωρικής κβαντοποίησής τους. Το πείραμα Stern-Gerlach απαιτούσε τη δημιουργία μιας ειδικής πειραματικής εγκατάστασης με την ισχύ στον πυρήνα της. Υπό την επίδραση του μαγνητικού πεδίου που παράγεται από αυτό το ισχυρό συστατικό, εκτρέπονταν σύμφωνα με τον προσανατολισμό του δικού τους μαγνητικού σπιν.
Στα μέσα του 19ου αιώνα διατυπώθηκε η μοριακή κινητική θεωρία, αλλά τότε δεν υπήρχαν στοιχεία για την ύπαρξη των ίδιων των μορίων. Η όλη θεωρία βασίστηκε στην υπόθεση της κίνησης των μορίων, αλλά πώς να μετρηθεί η ταχύτητα της κίνησής τους εάν είναι αόρατα;
Οι θεωρητικοί ήταν οι πρώτοι που βρήκαν διέξοδο. Από την εξίσωση της μοριακής κινητικής θεωρίας των αερίων είναι γνωστό ότι
Έχει ληφθεί ένας τύπος για τον υπολογισμό της μέσης τετραγωνικής ταχύτητας ρίζας, αλλά η μάζα του μορίου είναι άγνωστη. Ας γράψουμε την τιμή του υ τετρ.
 |
(2.1.2) |
Και το ξέρουμε, λοιπόν
| (2.1.3) |
Οπου R- πίεση ρ - πυκνότητα. Αυτά είναι ήδη μετρημένα μεγέθη.
Για παράδειγμα, με πυκνότητα αζώτου 1,25 kg/m3, σε t = 0 °C και Π= 1 atm, ταχύτητα μορίων αζώτου. Για το υδρογόνο: 
.
Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι η ταχύτητα του ήχου σε ένα αέριο είναι κοντά στην ταχύτητα των μορίων σε αυτό το αέριο, όπου γ - Η αναλογία Poisson. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι τα ηχητικά κύματα μεταφέρονται από μόρια αερίου.
Το γεγονός ότι τα άτομα και τα μόρια των ιδανικών αερίων σε μια δέσμη θερμικής ισορροπίας έχουν διαφορετικές ταχύτητες επαληθεύτηκε από τον Γερμανό φυσικό Otto Stern (1888-1969) το 1920. Ένα διάγραμμα της εγκατάστασής του φαίνεται στο Σχ. 2.1.
Ρύζι. 2.1
Πλατινένιο νήμα ΕΝΑ, επικαλυμμένο εξωτερικά με ασήμι, βρίσκεται κατά μήκος του άξονα των ομοαξονικών κυλίνδρων S1, S3,. Στο εσωτερικό των κυλίνδρων διατηρείται χαμηλή πίεση της τάξης του Pa. Όταν το ρεύμα διέρχεται από ένα νήμα πλατίνας, θερμαίνεται σε θερμοκρασία πάνω από το σημείο τήξης του αργύρου (961,9 ° C). Το ασήμι εξατμίζεται και τα άτομα του περνούν από στενές σχισμές στον κύλινδρο S 1, και διάφραγμα S 2, πετάξτε στην ψυχρή επιφάνεια του κυλίνδρου S 1, στο οποίο κατατίθενται. Αν οι κύλινδροι S1, S3και το διάφραγμα δεν περιστρέφεται, η δέσμη εναποτίθεται με τη μορφή μιας στενής λωρίδας ρεστην επιφάνεια του κυλίνδρου S 3. Εάν ολόκληρο το σύστημα περιστρέφεται με γωνιακή ταχύτητα 
τότε η εικόνα της σχισμής μετατοπίζεται στο σημείο ΡΕκαι γίνεται θολή.
Αφήνω μεγάλο- απόσταση μεταξύ ρεΚαι ΡΕ, μετρημένη κατά μήκος της επιφάνειας του κυλίνδρου S 3, ισούται με το πού είναι η γραμμική ταχύτητα των σημείων στην επιφάνεια του κυλίνδρου S 3, ακτίνα κύκλου R; είναι ο χρόνος που χρειάζονται τα άτομα αργύρου για να διανύσουν την απόσταση. Έτσι, έχουμε πού είναι δυνατό να προσδιορίσουμε την ταχύτητα της θερμικής κίνησης των ατόμων αργύρου. Η θερμοκρασία του νήματος στα πειράματα του Stern ήταν 1200 °C, που αντιστοιχεί στη μέση τετραγωνική ταχύτητα της ρίζας. Στο πείραμα, η τιμή που λήφθηκε για αυτήν την τιμή ήταν από 560 έως 640 m/s. Επιπλέον, η εικόνα της σχισμής ΡΕφαινόταν πάντα θολή, υποδεικνύοντας ότι τα άτομα Ag κινούνταν με διαφορετικές ταχύτητες.
Έτσι, σε αυτό το πείραμα όχι μόνο μετρήθηκαν οι ταχύτητες των μορίων αερίου, αλλά αποδείχθηκε επίσης ότι έχουν μεγάλη εξάπλωση στις ταχύτητες. Ο λόγος είναι η τυχαιότητα της θερμικής κίνησης των μορίων. Πίσω στον 19ο αιώνα, ο J. Maxwell υποστήριξε ότι τα μόρια, που συγκρούονται τυχαία μεταξύ τους, κατά κάποιο τρόπο «κατανέμονται» σε ταχύτητα και με πολύ συγκεκριμένο τρόπο.
Στην ενότητα για την ερώτηση Η εμπειρία του Stern; πείτε εν συντομία το πιο σημαντικό πράγμα που ζήτησε ο συγγραφέας Ξύπναη καλύτερη απάντηση είναι Το πείραμα Stern ήταν ένα πείραμα που πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Γερμανό φυσικό Otto Stern το 1920. Το πείραμα ήταν μια από τις πρώτες πρακτικές αποδείξεις της εγκυρότητας της μοριακής κινητικής θεωρίας της δομής της ύλης. Μετρούσε άμεσα την ταχύτητα της θερμικής κίνησης των μορίων και επιβεβαίωσε την παρουσία κατανομής μορίων αερίου ανά ταχύτητα.
Για τη διεξαγωγή του πειράματος, ο Στερν ετοίμασε μια συσκευή αποτελούμενη από δύο κυλίνδρους διαφορετικών ακτίνων, ο άξονας των οποίων συνέπιπτε και πάνω του τοποθετήθηκε ένα σύρμα πλατίνας επικαλυμμένο με ένα στρώμα ασημιού. Διατηρήθηκε μια αρκετά χαμηλή πίεση στο χώρο μέσα στους κυλίνδρους μέσω συνεχούς άντλησης αέρα. Όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα πέρασε μέσα από το σύρμα, έφτασε το σημείο τήξης του αργύρου, λόγω του οποίου τα άτομα άρχισαν να εξατμίζονται και πέταξαν στην εσωτερική επιφάνεια του μικρού κυλίνδρου ομοιόμορφα και ευθύγραμμα με ταχύτητα v που αντιστοιχεί στην τάση που εφαρμόζεται στο άκρες του νήματος. Μια στενή σχισμή έγινε στον εσωτερικό κύλινδρο, μέσω της οποίας τα άτομα μπορούσαν να πετάξουν περαιτέρω χωρίς εμπόδια. Τα τοιχώματα των κυλίνδρων ψύχονταν ειδικά, γεγονός που συνέβαλε στην «καθίζηση» των ατόμων που έπεφταν πάνω τους. Σε αυτή την κατάσταση, μια αρκετά καθαρή στενή λωρίδα ασημένιας πλάκας σχηματίστηκε στην εσωτερική επιφάνεια του μεγάλου κυλίνδρου, που βρίσκεται ακριβώς απέναντι από τη σχισμή του μικρού κυλίνδρου. Τότε ολόκληρο το σύστημα άρχισε να περιστρέφεται με μια ορισμένη αρκετά μεγάλη γωνιακή ταχύτητα ω. Σε αυτή την περίπτωση, η ταινία της πλάκας μετατοπίστηκε προς την αντίθετη κατεύθυνση από την κατεύθυνση περιστροφής και έχασε τη διαύγειά της. Μετρώντας τη μετατόπιση s του πιο σκοτεινού τμήματος της λωρίδας από τη θέση του όταν το σύστημα ήταν σε ηρεμία, ο Stern προσδιόρισε τον χρόνο πτήσης, μετά τον οποίο βρήκε την ταχύτητα κίνησης των μορίων:
,
όπου s είναι η μετατόπιση της λωρίδας, l η απόσταση μεταξύ των κυλίνδρων και u η ταχύτητα κίνησης των σημείων του εξωτερικού κυλίνδρου.
Η ταχύτητα κίνησης των ατόμων αργύρου που βρέθηκε με αυτόν τον τρόπο συνέπεσε με την ταχύτητα που υπολογίστηκε σύμφωνα με τους νόμους της μοριακής κινητικής θεωρίας και το γεγονός ότι η προκύπτουσα λωρίδα ήταν θολή μαρτυρούσε το γεγονός ότι οι ταχύτητες των ατόμων είναι διαφορετικές και κατανέμονται σύμφωνα με ένας συγκεκριμένος νόμος - νόμος κατανομής του Maxwell: άτομα, αυτά που κινούνται πιο γρήγορα μετατοπίζονται σε σχέση με τη λωρίδα που λαμβάνεται σε ηρεμία από μικρότερες αποστάσεις από εκείνα που κινούνται πιο αργά
Ο κάτοχος των κλειδιών
Pro
(641)
πρέπει να διαλέξεις, αλλά τι ήθελες;