е. Опыты с молекулярными пучками.
Развитие метода молекулярных пучков дало возможность осуществить прямую экспериментальную проверку различных теоретических выводов относительно распределения скоростей молекул. Используя этот метод, Дюнуайе (1911 г.) получил резкие тени с помощью пучка атомов
которые испарялись из маленькой печи в вакуум. Вылетающие атомы
сначала проходили через небольшую диафрагму, так что образовывался малый точечный «источник», и затем осаждались («детектировались») на стеклянной пластине (фиг. 6, а). Если между «источником» и «детектором» помещали вторую диафрагму, то на стекле образовывалось ее изображение. Таким образом, эти опыты подтвердили, что свободные атомы и молекулы движутся в пространстве по прямым линиям.
В 1920 г. Штерн испарял атомы
с нагреваемой электрическим током нити. Таким способом он получил линейный источник «
-лучей», который был установлен по оси вращающегося цилиндра (фиг. 6,б). Если цилиндр покоился, то атомы
проходили через диафрагмы
вдоль пунктирной линии к стенке
если же цилиндр и диафрагмы вращались, то атомы
описывали по отношению к цилиндру криволинейный путь
и затем попадали на стенку в точке а. По смещению 5 следа на стенке, а также по известным размерам и скорости вращения цилиндра Штерн нашел скорость испаренных атомов
Если
температура нити, то средняя скорость приближенно описывалась выражением
что находится в разумном согласии с (3.10).
Фиг. 6. Опыты Дюнуайе по исследованию прямолинейного движения молекул
и Штерна по определению скорости молекул
Распределение молекул по скоростям было исследовано Элдриджем (1927 г.) и Ламмертом (1929 г.) методом, аналогичным методу, примененному Физо для измерения скорости распространения света. Два диска, каждый с большим числом отверстий, были укреплены на одной оси, вращавшейся с угловой скоростыд
таким образом, чтобы линии, проведенные через соответствующие отверстия в обоих дисках, шли параллельно оси (фиг. 7, а). Перед левым диском была помещена печь О, из которой выходил пучок атомов
Прошедшие через одно из отверстий в первом диске атомы
имевшие скорость и, подходили ко второму диску через промежуток времени
. В течение времени
второй
диск повертывался на угол
таким образом, при угловом расстоянии между отверстиями, равном
плоскости диска), лишь атомы со скоростью
могли пройти через второй диск и попасть на детектор
помещенный за ним. Если угловая ширина отверстия в плоскости диска равна 2а, то скорость атомов, прошедших через оба диска, должна лежать в пределах между
Изменяя скорость вращения, можно выделить любой участок
«спектра скоростей». Для усиления интенсивности картины на детекторе в каждом из дисков было сделано по 50 отверстий.
Относительные численности различных групп атомов, найденные по измеренной плотности осажденных атомов, в зависимости от V изображены на фиг. 7, б вместе с теоретическим распределением плотности осажденных атомов
при 100° С. Легко видеть, что экспериментальные результаты находятся в хорошем соответствии с теорией. Наконец, упомянем метод Орнштейна и ван Вийка, исследовавших распределение атомов по скоростям во время разряда в газах путем измерения допплеровского расширения спектральных линий. В последние годы исследования с атомными и молекулярными пучками в электрических и магнитных полях приобрели особое значение.
Фиг. 7. Метод Элдриджа определения распределения атомов
по скоростям. Ступенчатой кривой изображены опытные данные, плавной кривой показано теоретическое распределение.