Физика. Лекция 380.Распределение молекул по скоростям. Распределение Максвелла.

Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. И так на прошлой лекции мы с вами познакомились с тем, что такое среднеквадратичная скорость, как можно измерить скорость молекул в опыте Штерна и выяснили, что у разных молекул скорости разные. И пользуясь методикой Штерна можно выяснить сколько и каких молекул имеют в процентах большую скорость, чем, например, средняя или более вероятная среднеквадратичная скорость. Сколько меньше, а сколько вообще процентов молекул имеют, например, скорости от двухсот до трехсот метров в секунду. Для этого нужно познакомится с такой функцией, с такой зависимостью, которая называется распределение молекул по скоростям или функция распределения молекул по скоростям. Это и будет темой нашей сегодняшней лекции. И так наша задача выяснить тот факт, что большинство молекул имеют скорости близкие к средней, точнее к наиболее вероятной. Какая-то часть молекул имеет меньшую скорость, какая-то большую, совсем мало молекул имеют очень низкие значения скорости и очень высокие. И как это количественно описать? Давайте рассуждать следующим образом...

Физический смысл функции распределения молекул по скоростям - равна относительному числу молекул скорости которых лежат в единичном интервале вокруг заданного значения скорости.

И так мы узнали о функции распределения и о ее физическом смысле, а от чего зависит эта функция? Оказывается, что эта функция одна и та же, если мы имеем дело с любым идеальным газом, но только если он находится в состоянии теплового равновесия. Понятно, что мы можем искусственно создать такие условия, когда все молекулы газа будут иметь скорости, направленные в одну сторону и практически одинаковые по модулю с помощью какой-нибудь ионной пушки это можно сделать. Но если этому газу предоставить возможность просто быть самим собой, его молекулы многократно столкнуться, произойдет хаотизация движения и тогда функция распределения примет вполне определенный вид, а если это еще и идеальный газ, то функция распределения по скоростям идеального газа в условиях теплового равновесия называется распределением Максвелла. Давайте запишем строгое определение.

Распределение Максвелла - это функция распределения молекул идеального газа в тепловом равновесии.

А теперь давайте подробнее посмотрим что это такое...

И так мы привели график функции распределения Максвелла для молекул азота для двух разных температур, а теперь давайте приведем график для распределения двух различных газов.

А теперь давайте подумаем вот еще над чем...давайте нарисуем график функции распределения Максвелла в общем виде без учета масштаба и немного его проанализируем.

Далее давайте посмотрим на графики функции распределения реализованные с помощью компьютерной программы и немного с этой функцией "поиграемся"...

И в конце лекции давайте посмотрим советский образовательный кинофрагмент "Опыт Штерна" в котором функция распределения Максвелла подтверждается опытом Штерна.

На этом мы эту лекцию закончим.

Если тебе понравилось, подпишись на канал и поддержи автора.