Стерно искуство - експериментална потврда теорије

Схватање да је основа структуре било које супстанце постојање најмањих честица - атома и молекула које су у континуираном кретању и активне интеракције једна с другом - појавиле су се у КСИКС веку. Физика Рудолф Цлаусиус, Лудвиг Болтзманн и посебно Јамес Маквелл учествовали су у развоју молекуларно-кинетичке теорије на папиру. Убрзо је следило и потврдило њено практично истраживање. Најважнији од њих је искуство Стерна, спроведено 1920. године.

Гениус експеримент

У биографији добитника Нобелове награде за физику (1943) Отта Стерна (1888-1969) постоји период када се успјешно бавио теоријским развојем проблема термодинамике на основу постулата квантне механике. На челу његовог научног рада у једном тренутку био је Алберт Ајнштајн. Искрено поштовање од стране научне заједнице довело га је до рада експерименталног физичара. Развио је јединствене уређаје, емпиријски потврђујући и развијајући теоријске прорачуне.

Поред класичног експеримента за мерење брзине топлотног кретања честица, познато је искуство Стерн-Герлацх-а, због чега је доказано постојање спин-а - угаоног момента атомског језгра или атома. Овај експеримент, спроведен 1922. године заједно са Валтером Герлацхом (1889-1979), био је најважнији доказ основних поставки квантне теорије.

Опис уређаја

Експеримент из 1920. године, чији је резултат био доказ расподеле брзина топлотног кретања молекула, изведен је технички једноставним подешавањем. Уређај је базиран на два коаксијална (коаксијална) цилиндра различитог пречника, унутар којих је подтлачни простор настао пумпањем ваздуха. На заједничкој оси налази се платинаста жица са танком сребрном превлаком. Када се електрична струја повеже са крајевима проводника, жица се загрева на температуру изнад тачке топљења сребра. Постоји испаравање атома метала, који почињу праволинијски равномерно кретање на унутрашњу површину малог цилиндра.

У малом цилиндру се реже уски размак кроз који метални атоми продиру у велико. Спољни, спољни цилиндар има собну температуру, што омогућава брзо хлађење загрејаних честица метала. Ако се цилиндри не окрећу, атоми се "залијепе" за екран и слегну испред отвора у облику глатке посребрене траке. Стерново искуство је било следеће: када су оба цилиндра почела да се ротирају са одређеним ангулар велоцити формирана је замагљена трака плака, помакнута у смјеру супротном смјеру ротације.

Молецулар Мотион Меасуремент

Главни показатељ који је Стерново искуство учинио видљивим је брзина молекула В. Утврђено је да просјечна брзина од којих се атоми сребра крећу током испаравања када се спирала загрева до 1200 ° Ц, износи од 560 до 650 м / с.

Да би је измерио, Стерн је добио све потребне податке:

• С - помак сребрне траке током ротације са положаја који је заузимао у стању мировања;

• Л - путања коју преносе атоми (растојање између унутрашњих површина цилиндара);

• У је брзина покретних тачака на површини спољног цилиндра;

• т је време транзита атома.

Резултати, експериментално добијени од стране немачког физичара - В = С / У = Л / В = УЛ / С - поклопили су се са вредностима добијеним као резултат разматрања молекуларне кинетичке теорије. Просечна брзина кретања молекула сребра, одређена теоретски, била је 584 м / с. То је био доказ ваљаности постулата које су формулисали њени оснивачи, истакнуто место међу којима заузима Јамес Маквелл.

Маквеллов закон о дистрибуцији

Укратко, Стерново искуство се може дефинисати као визуализација расподеле брзине топлотног кретања атома и молекула. Када се на зидове спољног цилиндра наноси сребро, када је систем у мировању, добија се трака са довољно оштрим ивицама. Када су се цилиндри окретали, испао је мутан.

Разлог за то је разлика у брзини кретања атома емитованих када испарава сребрна превлака жице. Брже честице су депоноване са мањим помаком из прореза у малом цилиндру, а оне које су се кретале спорије су превазишле већу удаљеност. Однос брзина је у оквиру пропорција предвиђених Маквелл-овим прорачунима. Добијена крива пресека таложења се поклапа у форми са графичким изразом формула које су служиле као основа молекуларно-кинетичке теорије.

Теорија доказане праксе

Велики значај који експериментална физика има, Стернов доживљај показује посебно јасно. Способност проналажења начина да се докаже исправност теоријских начела је посебно вриједна када су предмети који се не разликују голим оком предмет научног истраживања.

Накнадна историја науке, када је физика ушла у фазу истраживања атомске структуре у периоду претраживања за елементарне честице, то је доказано. Један од пионира новог тренда био је немачки физичар, бриљантни експериментатор Отто Стерн.