Շտեռնի փորձ

Շտեռնի փորձը, մոլեկուլային–կինետիկ տեսության համաձայն՝ նյութի մասնիկները՝ ատոմները և մոլոկուլները, բոլոր ագրեգատային վիճակներում կատարում են անկանոն, երբեք չդադարող ջերմային շարժում։ Իսկ ինչպիսի՞ արագություններ ունեն այդ մասնիկները, մասնավորապես գազի մոլեկուլները, և ինչպես՞ չափել այդ արագությունները։

Շտեռնի փորձը

Մոլեկուլների ջերմային արագությունների անմիջական չափումներ փորձնական ճանապարհով կատարել է գերմանացի ֆիզիկոս Օտտո Շտեռնը 1920 թվական։ Փոքր R_A շառավղով գլանում արծաթապատ պլատինե լարը հոսանքով շիկացնելիս առաջացնում է արծաթի գոլորշի։ Այդ գլանի ծնիչի երկայնքով արված նեղ ճեղքից դուրս թռչող արծաթի ատոմները կուտակվում են մեծ՝ R_B շառավղով գլանի ներքին մակերևույթին՝ առաջացնելով նեղ M₀ շերտը։ Մեծ և փոքր գլանների միջև ստեղծվում էր վակուում, որը գործնականում բացառում էր արծաթի ատոմների բախումներն օդի մոլեկուլներին։

Սարքի աշխատանքը

Սարքն իր առանցքի շուրջը պտտելիս արծաթի ատոմներն ընկնում են արտաքին գլանի ներքին մակերևույթին՝ առաջացնելով M շերտը, որը շեղված է M₀ շերտից սարքի պտտման ուղղությանն հակառակ։ M₀ և M նոր շերտերի միջև շեղման և սարքի սարքի պտտման անկյունային արագության միջոցով կարելի է որոշել արծաթի ատոմների արագությունը։

Իրոք, v արագությամբ ատոմներն արտաքին և ներքին գլանների միջև R_B – R_A հեռավորությունն անցնում են t =(R_B– R_A) / v ժամանակում, որի ընթացքում սարքը պտտվում է $\varphi$ = $\omega$ t անկյունով։ Այս պատճառով ատոմներն ընկնում են M շերտ, որն M₀ շերտից շեղված է MM₀ աղեղի չափով՝ $\mathrm {I}$ = R_B $\varphi$= R_B$\omega$ t։ Վերջին բանաձևում տեղադրելով t ժամանակի արտահայտությունը, կստանանք

$\mathrm {I}$ =( $\omega$ R_B (R_B – R_A))/ v

Չափելով $\mathrm {I}$ աղեղի երկարությունը և իմանակով $\omega$ անկյունային արագությունը, կորոշենք արծաթի ատոմների արագությունը՝

v =($\omega$ R_B (R_B – R_A) )/$\mathrm {I}$

Ստացված բանաձևեր

t=(RB–RA) / v

$\varphi$ = $\omega$t

$\mathrm {I}$= RB $\varphi$ = RB$\omega$t

$\mathrm {I}$=( $\omega$ RB (RB – RA) )/v

v=($\omega$ RB (RB–RA))/$\mathrm {I}$