2.11 Вимірювання швидкостей молекул, досвід Штерна
У 1920 р О. Штерн розробив метод атомних (молекулярних) пучків і з його допомогою експериментально виміряв швидкість теплового руху молекул газу, а також перевірив розподіл Максвелла. Установка Штерна складалася з двох коаксікальних циліндрів, на осі яких перебувала платинова дріт, покрита шаром срібла. (Рис. 1). У приладі створювався високий вакуум. При пропущенні по дроті струму вона розжарюється і з її поверхні випаровувалися атоми срібла, які вилітали через вузьку щілину, виконану у внутрішньому циліндрі, і досягали стінки зовнішнього циліндра (в точці A на рис. 1).
В результаті утворювалася вузька срібна смужка, яка є зображенням щілини. Потім весь прилад приводився в обертання навколо осі циліндрів з постійною кутовою швидкістю, при цьому смужка зміщалася в сторону протилежну обертанню на величину = AA '. Зсув виникало, тому що за час t прольоту атомом срібла відстані R-r циліндр встигав повернутися на кут = / R = t. Звідки визначалося час t = / R, знання якої дозволяло знайти швидкість атома срібла через вимірні параметри досвіду:
Як слід було очікувати, смужка срібла в положенні А 'виявлялася розмитою через те, що атоми срібла мають різні швидкості: більш швидким атомам відповідають менші, а більш повільним - великі зміщення. Досліджуючи залежність щільності срібла в розмитою частини від відстані до точки A, неважко оцінити розподіл атомів срібла за швидкостями. Отриманий розподіл добре узгоджувалося зі значеннями, обчисленими за формулою.
Більш досконалий метод з перевірки закону Максвелла був реалізований в 1929 р Ламерті. У високому вакуумі обертаються, насаджені на загальну вісь, два круглих диска 1 і 2 з радіальними вузькими прорізами (рис. 2), зміщеними один щодо одного на кут. Навпаки прорізи диска 1 перебувала тигельна піч 3 з досліджуваним речовиною і діафрагма 4. Вся установка наводилася в обертання з постійною кутовою швидкістю. Очевидно, атоми, що вилетіли зі швидкістю v з печі, досягають мішені 5, якщо час їх прольоту відстані між дисками t1 = l / v збігається з часом t2 повороту диска 2 на кут, тобто t2 = /. З умови t1 = t2 знаходимо v = l /. Змінюючи кутову швидкість обертання, можна виділити атоми з різними швидкостями. Вловлюючи атоми, що рухаються з різними швидкостями протягом рівних проміжків часу, можна по товщині (щільності) осаду на мішені визначити їх відносна кількість в пучку і тим самим перевірити закон розподілу Максвелла. Обробка експериментальних результатів, отриманих на установці Ламерті, показала повну згоду їх з законом Максвелла.