Первое экспериментальное определение скоростей молекул совершил в 1920 г. А. Штерн. Прибор, используемый для этого, состоял из двух коаксиальных цилиндров. На рис. 4.3 схематично изображено поперечное сечение прибора.
По оси прибора натянуто посеребренную платиновую проволоку, нагреваемой электрическим током. При этом с ее поверхности испаряются атомы серебра. Скорости атомов, испаряющихся, соответствуют температуре провода. Покинув проволоку, атомы движутся по радиальным направлениям. Чтобы атомы серебра не отклонялись в результате столкновений с молекулами воздуха, внутри
прибора создают вакуум (давление в приборе составлял 133,3 • 10 ~ 5 Па). Во внутреннем цилиндре небольшого диаметра сделано продольную щель, сквозь которую пучок атомов серебра (молекулярный пучок) вылетает в направлении внешнего цилиндра радиуса R, на котором оставляет след в виде полосы атомов, которые осядут, и расположенной против щели при неподвижных цилиндров. Если оба цилиндры вращаться с угловой скоростью со вокруг их общей оси, перпендикулярной направлению молекулярного пучка, то серебряная пятно на внешнем цилиндре сместится. Действительно, пока частицы серебра летят от источника О до внешнего цилиндра в направлении ОР, точка Р сместится на некоторое расстояние s. По распределению плотности налета можно вывести также закон распределения молекул по скоростям. Опыт А. Штерна показал, что теоретические значения скорости совпадают с определенными экспериментально. Для серебра, например, скорость атомов при комнатной температуре равна 650 м / с.
Таким образом, результаты опыта А. Штерна подтвердили справедливость оценки средней скорости атомов, следует из распределения Максвелла. О характере этого распределения опыт имеет лишь приближенные сведения.
Молекулярно-кинетическая теория газов была первым важным шагом на пути познания микроструктуры вещества. Следующий этап в решении этой проблемы новой физики, связанный с установлением внутреннего строения атомов, начался с исследований процессов в газоразрядных трубках, исследований, которые завершились открытиями рентгеновского излучения (1885 г.) и электрона (1897 г.) Дж. Томсоном .