Задание OGEPHYS95BABF: Движение частиц вещества. Связь скорости движения частиц с температурой. Броуновское движение, диффузия

ФИПИ · ОГЭ · все форматы ответа · 1506 заданий

Открыть решение ↓ Ошибка или пожелание

Учебные темы: Движение частиц вещества. Связь скорости движения частиц с температурой. Броуновское движение, диффузия; Работа с физическим текстом и данными.

Общее условие

Определение скорости движения молекул

В 1920 г. Отто Штерн провёл опыты по исследованию средней скорости движения молекул. Устройство прибора Штерна схематично представлено на рисунке 1.

 

Рисунок из условия ФИПИ

Рисунок 1. Схема опыта Штерна

 

Прибор состоял из двух расположенных вертикально цилиндров радиусом r и R, из пространства внутри которых непрерывно откачивался воздух до очень низкого давления. По общей оси 1 цилиндров располагалась платиновая нить, покрытая тонким слоем серебра. При пропускании по платиновой нити электрического тока она нагревалась до высокой температуры. Серебро начинало испаряться, и его атомы разлетались, равномерно оседая на внутренней поверхности малого цилиндра. Щель 2
в стенке малого цилиндра выделяла узкий пучок молекул, которые долетали до внутренней поверхности большого цилиндра и «прилипали» к ней, образуя налёт серебра в виде узкой вертикальной полоски N.

Если весь прибор приводился в быстрое вращение с угловой скоростью w, то налёт серебра смещался и давал более размытую полоску M шириной х.

Длина r дуги МN равна пути, проходимому точками большого цилиндра за время t полёта молекулы от щели до стенки большого цилиндра. Если обозначить через u скорость движения точек большого цилиндра, то получится уравнение, из которого можно определить скорость движения молекул ʋ:

Рисунок из условия ФИПИ

 

Задание №1. Дайте развернутый ответ.

На рисунке представлены экспериментальные данные о толщине h осевшего слоя молекул, измеренные в различных точках в пределах ширины х
полоски M.

Можно ли на основании проведённого исследования утверждать, что при заданной температуре все молекулы серебра движутся с одинаковой по модулю скоростью? Ответ поясните.

 


 

i
СВОЙСТВА ЗАДАНИЯ
КЭС:
2 ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Тип ответа:Развернутый ответ
Номер: 95BABF
1 (CB6954)
НЕ РЕШЕНО Изменить статус

Решение задания OGEPHYS95BABF

Ответ: Нет, модули скоростей частиц неодинаковы.

В описании опыта сказано, что при вращении прибора серебро образует размытую полоску M. Частицы достигают разных мест стенки, хотя размеры цилиндров и скорость их вращения одинаковы для всего опыта. Уже это описанное распределение позволяет проверить гипотезу об одинаковых скоростях.
Обозначения сохраняем по исходной формуле: R и r — радиусы цилиндров; υ — скорость частицы; u — скорость точки внешнего цилиндра; ρ — длина дуги MN. Здесь ρ обозначает дугу, а не плотность вещества. Время полёта от щели до внешней стенки равно t = R − rυ. За это время стенка проходит дугу ρ = ut. Следовательно, R − rυ = ρu, откуда υ = u(R − r)ρ.
При одинаковых R, r и u разные смещения ρ соответствуют разным скоростям υ. Более быстрая частица летит меньше времени и оседает ближе к несмещённой полоске N; более медленная — дальше. Если бы все частицы имели одинаковый модуль скорости, они имели бы одинаковое время полёта и давали бы одну узкую полосу, с учётом конечной ширины щели.
Проверка: увеличение скорости вдвое при тех же размерах и вращении уменьшает время полёта и смещение вдвое. Разброс смещений согласуется с разбросом скоростей. Толщина осадка показывает число попавших в данную область частиц, но сама по себе не является скоростью. Вывод в принятой модели опыта: утверждать равенство всех скоростей нельзя.

Движение частиц вещества. Связь скорости движения частиц с температурой. Броуновское движение, диффузия: схема решения задания OGEPHYS95BABF
Обозначения: Исходный рисунок ФИПИ и пояснения к решению.

Помочь улучшить сайт

Напишите пожелание к сайту или решению либо сообщите о найденной неточности в задании OGEPHYS95BABF.

Сообщение увидит только команда сайта: на странице оно не публикуется.

Комментарии к решению

Комментарии видны всем посетителям сайта.

Комментариев пока нет. Будьте первым.

Чтобы оставить комментарий, войдите или зарегистрируйтесь.