РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСВЕЛЛА

Ознакомьтесь с теорией в конспекте и учебнике (Савельев, т.1, §93,98,99).

Выберите «Термодинамика и молекулярная физика», «Распределение Максвелла». Нажмите кнопку с изображением страницы во внутреннем окне. Прочитайте теорию и запишите необходимое в свой конспект лабораторной работы. Закройте окно теории, нажав кнопку с крестом в правом верхнем углу внутреннего окна.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

* Знакомство с компьютерной моделью, описывающей поведение молекул идеального газа

* Экспериментальное подтверждение распределения Максвелла молекул идеального газа по скоростям.

* Экспериментальное определение массы молекул в данной модели.

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Внимательно рассмотрите рисунок.

Внимательно рассмотрите изображение на экране монитора компьютера. Обратите внимание на систему частиц, движущихся в замкнутом объеме слева во внутреннем окне. Они абсолютно упруго сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда. Их количество около 100 и данная система является хорошей «механической» моделью идеального газа. В процессе исследований можно останавливать движение всех молекул (при нажатии кнопки «çê» вверху) и получать как бы «мгновенные фотографии», на которых выделяются более ярким свечением частицы (точки), скорости которых лежат в заданном диапазоне Dv вблизи заданной скорости v (т.е., имеющие скорости от v до v+Dv). Для продолжения наблюдения движения частиц надо нажать кнопку «uu». Запишите в тетрадь значение Dv, указанное на экране.

ИЗМЕРЕНИЯ

1. Нажмите кнопки «uu», «СТАРТ» и «ВЫБОР» и установите температуру Т₁, указанную в таблице 1 для вашей бригады. Запишите для нее значение наивероятнейшей скорости.

2. Установите скорость выделенной группы молекул вблизи минимального заданного в таблице 2 значения.

3. Нажмите клавишу «çê» и подсчитайте на «мгновенной фотографии» количество молекул DN, скорости которых лежат в заданном диапазоне Dv вблизи заданной скорости молекул v (они более яркие). Результат запишите в таблицу 2.

4. Нажмите кнопку «uu» и через 10-20 секунд получите еще одну мгновенную фотографию (нажав кнопку «çê»). Подсчитайте количество частиц с заданной скоростью. Результат запишите в табл.2.

5. Повторите еще 2 раза измерения для данной скорости и результаты запишите в табл.2.

6. Измените скорость до значения, указанного в табл.2, и сделайте по 3 измерений (как в пункте 4) для каждой скорости.

7. Установите (как в пункте 1) вторую температуру Т₂ из табл.1. Запишите для нее значение наивероятнейшей скорости.

8. Повторите измерения (по пунктам 2,3,4,5), записывая результат в табл.3, аналогичную табл.2.

ТАБЛИЦА 1. Примерные значения температуры (не перерисовывать)

ТАБЛИЦЫ 2,3 Результаты измерений при T = ____ K

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА:

Вычислите и запишите в таблицы средние значения количества частиц DN_ср, скорости которых лежат в данном диапазоне от v до v+Dv.

Постройте на одном рисунке графики экспериментальных и теоретических зависимостей DN_ср(v). Теоретические зависимости можно срисовать с экрана монитора компьютера, подобрав соответствующий масштаб по вертикальной оси ординат.

Для каждой температуры определите экспериментальное значение наивероятнейшей скорости молекул v_вер.

Постройте график зависимости квадрата наивероятнейшей скорости от температуры

По данному графику определите значение массы молекулы

.

Подберите газ, масса молекулы которого достаточно близка к измеренной массе молекулы.

Запишите ответы и проанализируйте ответы и графики.

Табличные значения

Контрольные вопросы

1. Дайте определение вероятности получения некоторого результата измерения.

2. Что такое функция распределения?

3. Запишите функцию распределения молекул идеального газа по скоростям (распределение Максвелла).

4. Каковы особенности графика функции распределения величины скорости молекул идеального газа?

5. Как вычисляется среднее значение некоторой физической величины А, если известна ее функция распределения f(A)?

6. Как, зная функцию распределения молекул по скоростям, перейти к функции распределения по энергиям?

7. Каков физический смысл функции распределения молекул по скоростям?

8. Каков физический смысл функции распределения по энергиям?

9. Напишите формулу для вычисления среднего значения скорости молекул.

10. Напишите формулу для вычисления средней квадратичной скорости молекул.

11. Напишите формулу для вычисления наивероятнейшей скорости молекул.

12. Вычислите на сколько процентов отличаются средняя и средняя квадратичная скорости молекул идеального газа.

13. Вычислите на сколько процентов отличаются средняя и наивероятнейшая скорости молекул идеального газа.

14. Во сколько раз и как изменится средняя скорость движения молекул при переходе от кислорода к водороду?

15. Изменится ли площадь, ограниченная максвелловской кривой распределения числа молекул по скорости и осью абсцисс при изменении температуры газа?

16. Опытная проверка распределения Максвелла.

17. Запишите барометрическую формулу.

18. Запишите функцию распределение молекул идеального газа в поле потенциальных сил (распределение Больцмана).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ДИФФУЗИЯ В ГАЗАХ

Ознакомьтесь с теорией в конспекте и учебнике (Савельев, т.1, §128, §130).

Выберите «Термодинамика и молекулярная физика», «Диффузия». Нажмите кнопку с изображением страницы во внутреннем окне. Прочитайте теорию и запишите необходимое в свой конспект лабораторной работы. Закройте окно теории, нажав кнопку с крестом в правом верхнем углу внутреннего окна.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

* Знакомство с компьютерной моделью, описывающей диффузию молекул идеального газа

* Экспериментальное подтверждение закона диффузии.

* Экспериментальное определение средней скорости теплового движения частиц в данной модели.

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Внимательно рассмотрите рисунок.

Обратите внимание на 2 системы частиц, находящихся в начальный момент в левом (красные) и в правом (зеленые) объемах. Они абсолютно упруго сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда. Количество частиц N₀ каждой компоненты равно 100 и данная система является хорошей “механической” моделью идеального газа.

Нажмите мышью кнопку «Старт» во внутреннем окне экрана.

В процессе исследований можно останавливать движение всех молекул (при нажатии кнопки «½½» сверху во внешнем окне) и получать как бы “мгновенные фотографии”. Для продолжения наблюдений надо нажать кнопку «uu», расположенную сверху во внешнем окне. Количество частиц подсчитывается автоматически и высвечивается над соответствующими столбиками. Для установки нового диаметра трубки надо нажать «uu»сверху во внешнем окне и кнопки «Старт» и «Выбор» внизу во внутреннем окне.

ИЗМЕРЕНИЯ:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: