Рассмотрим некоторые явления и опыты, подтверждающие основные положения и выводы молекулярно-кинетической теории.
1. Броуновское движение. Шотландский ботаник Броун (XVII век), наблюдая в микроскоп движение цветочной пыльцы, взвешенной в воде, обнаружил, что частицы цветочной пыльцы непрерывно движутся беспорядочным образом. Впоследствии оказалось, что подобный сложный зигзагообразный движение (рис. 1.6) характерен для любых частиц малых размеров (~ 1 мкм), взвешенных в газе или жидкости. Это движение называют броуновским. Броуновское движение, как оказалось, длится неограниченно долго, его интенсивность не зависит от природы, но зависит от размеров взвешенных частиц. Интенсивность броуновского движения повышается с ростом температуры среды, с уменьшением вязкости жидкости и размеров частиц.
Причина броуновского движения долго оставалась неясной. Только через 80 лет после открытия этого явления ему было дано объяснение: броуновское движение взвешенных частиц вызывается ударами молекул среды, в котором они взвешены. Так как молекулы движутся хаотично, то броуновская частицы получают толчки с разных сторон, поэтому и осуществляют движение такой причудливой формы. Таким образом, броуновское движение является неоспоримым подтверждением представлений молекулярно-кинетической теории о хаотичном (тепловой) движение атомов и молекул.
2. Эксперимент Штерна - один из первых экспериментов (1920 г.) по определению скоростей молекул и распределения молекул по скоростям. Вдоль оси внутреннего цилиндра с щелью натянут платиновый провод, покрытый слоем серебра и нагревается током при откачан воздух. При нагревании серебро испаряется. Атомы серебра, вылетая через щель, попадают на внутреннюю поверхность второго цилиндра, давая изображения щели А. Если прибор привести во вращение вокруг оси цилиндров, то атомы серебра осядут не против щели, а сместятся от точки О на некоторое расстояние s. Изображения щели получается размытым. Исследуя толщину наслоения серебра, можно оценить распределение молекул по скоростям. Как мы уже знаем, соответствует максвелловському распределения. Зная радиусы цилиндров, угловую скорость вращения, а также измеряя s, можно вычислить скорость движения атомов серебра при данной температуре проволоки. Результаты опыта показали, что средняя скорость атомов серебра близка к той, что исходит из максвелловский распределения молекул по скоростям.
3. Опыт Ламмертом. В вакууме молекулярный пучок, сформированный источником, проходя через щель, попадает в приемник. Между источником и приемником помещают два диска с прорезями, закреплены на одной оси. При неподвижных дисках молекулы достигают приемника, проходя сквозь прорези в обоих дисках. Если ось привести во вращение, то приемника достигнут только те молекулы, что, во-первых, прошли прорезь в первом диске, и, во-вторых, тратят для пробега между дисками время, равное или кратен времени вращения диска. Другие молекулы задерживаются.
Изменяя угловую скорость вращения дисков и измеряя число молекул, попадающих в приемник, можно обнаружить закон распределения молекул по скоростям. Этот опыт еще точнее подтвердил максвелловський распределение молекул по скоростям.
4. Экспериментальное определение постоянной Авогадро. Французский ученый Перрен в 1906 г., исследуя распределение по высоте сосуда мельчайших частиц эмульсии смолы гуммигуту в воде, экспериментально установил значение постоянной Авогадро. Как оказалось, эти частицы совершают интенсивное броуновское движение. Исследуя под микроскопом броуновское движение, Перрен обнаружил, что броуновская частицы распределяются по высоте подобно молекулам газа в поле тяготения.