Лабораторная работа "Распределение Больцмана". Ринчинов А.П - 2 стр.

                                                                                    Описание установки
                         Введение
                                                               Ультразвук      генерируется     с     помощью        специальных
Молекулы любого газа находятся в поле тяготения Земли.         излучателей, действие которых основано на свойстве
Если бы не было тяготения, то атмосферный воздух рассеялся     некоторых тел изменять свои размеры под действием
бы по всей вселенной. Если не было теплового движения          электрического и магнитного полей. Так, кристаллическая
молекул атмосферного воздуха, то все они «упали» бы на         пластина кварца в электрическом поле ультразвуковой
Землю. Совместные действия поля тяготения и теплового          частоты совершает вынужденные колебания и становится
движения приводят к такому состоянию атмосферы, при            излучателем ультразвуковых волн.
котором концентрация и давление газа убывают с                 Действия ультразвука весьма разнообразны. В жидких средах
возрастанием высоты над Землей.                                ультразвук вызывает огромные перепады давления, из-за
Выражение, описывающее распределение молекул по высоте         чего в полупериод растяжения среды возникают разрывы
в изотермической атмосфере, получено Л. Больцманом [1]:        жидкости, и образуются мелкие полости, куда устремляются
             m gx          Fx                              растворенные в жидкости газы. В период сжатия эти полости
n x = n0 exp − 0  = n0 exp  ,
             kT            kT                              под давлением        в десятки и сотни атмосфер быстро
        (17.1)                                                 схлопываются. Это явление называется кавитацией. В данной
где nx – концентрация частиц воздуха на высоте х; n0 -         работе это явление используется для получения водяного
концентрация частиц воздуха на уровне моря (при х = 0); m0 –   пара, в котором размеры капель около 100мкм.
масса молекулы, g - ускорение свободного падения; х -          Частицы воды диаметром около 100 мкм [2] получаются
высота, отсчитанная от поверхности Земли; k - постоянная       методом      ультразвуковой        кавитации       с     помощью
Больцмана; T - термодинамическая температура; F - сила         ультразвукового      генератора      (1).  Генератор       создает
тяжести.                                                       вертикальный столб частиц воды в колбе (6) диаметром около
Можно показать, что формула (17.1) справедлива в случае        30 мм. Оптоэлектронная пара (8) позволяет измерить
потенциального силового поля любой природы для                 концентрацию частиц воды в колбе на различных высотах.
совокупности любых одинаковых частиц, находящихся в            Концентрация        частиц,       обратно       пропорциональна
состоянии хаотического теплового движения. В связи с этим      прозрачности столба [3].
формулу можно переписать в общем виде [1]:                     Лабораторная установка изображена схематично на рис. 1.
             W                                               На передней панели расположены:
nx = n0 exp − n  ,                                (17.2)     - мультиметр - 1;
             kT                                              - тумблер включения осветителя - "лампа" - 2;
где Wn - потенциальная энергия частиц на высоте х.             - тумблер включения генератора - "генератор" с индикацией -
                                                               3;


                                                           3   4