목차/차례
현대물리학 실험 - Maxwell의 속도분포함수
1. 관련개념
기체운동론, 확률분포함수, canonical분포, Gibbs분포, Maxwelll의 숙도분포함수
2. 실험목적
기체모형 입자들의 속도분포를 측정한다.
3. 기구 및 장치
모형기체 운동장치, 스트로보스코프, 가변저항기(500Ω,220V),초시계, 시험관세트
4. 예습내용
기체운동론, 확률분포함수, Maxwell의 속도분포함수
5. 실험원리
모형기체(아주 작은 유리 알 또는 강철구) 알갱이들을 진동판 위에서 가속시키면 여러 모양의 구멍에 따라 그 알갱이들의 속도 분포가 얻어진다.
6. 이 론
기체 입자의 속도가 와 사이에 있을 확률 dw(v)를 구하기 위해 gibbs또는 canonical분포인
에서부터 시작하자. 여기서 (p,q)는 위상공간의 점이고 (p와 q는 각각 입자의 운동량 p1와 좌표 q1의 합이다), E(p,q)는 그계의 에너지이다. 또한
k: Boltzmann상...
본문/내용
현대물리학 실험 - Maxwell의 속도분포함수
1. 관련개념
기체운동론, 확률분포함수, canonical분포, Gibbs분포, Maxwelll의 숙도분포함수
2. 실험목적
기체모형 입자들의 속도분포를 측정한다.
3. 기구 및 장치
모형기체 운동장치, 스트로보스코프, 가변저항기(500Ω,220V),초시계, 시험관세트
4. 예습내용
기체운동론, 확률분포함수, Maxwell의 속도분포함수
5. 실험원리
모형기체(아주 작은 유리 알 또는 강철구) 알갱이들을 진동판 위에서 가속시키면 여러 모양의 구멍에 따라 그 알갱이들의 속도 분포가 얻어진다.
6. 이 론
기체 입자의 속도가 와 사이에 있을 확률 dw(v)를 구하기 위해 gibbs또는 canonical분포인
에서부터 시작하자. 여기서 (p,q)는 위상공간의 점이고 (p와 q는 각각 입자의 운동량 p1와 좌표 q1의 합이다), E(p,q)는 그계의 에너지이다. 또한
k: Boltzmann상수()
T: 절대온도
A:규격화 상수
이다. 여기서
가된다. 고전통계에서의 총 에너지는 운동에너지와 위치에너지의 합으로 되어 있고 각각은 단지 운동량이나 좌표에만 의존하므로 운동량(또는 속도)에 대한 확률은 좌표에 무관하여 1로 규격화된다. 즉
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ⅰ) 플라스틱 윗구멍 그래프!!
ⅱ) 플라스틱 아랫구멍 그래프!!
ⅲ) 철 윗구멍 그래프!!
ⅳ) 철 아랫구멍 그래프!!
9. 검토
이번 실험은 기체모형입자들의 속도분포를 알아보는 실험이었습니다.
처음에 모형입자를 각각 500개씩 세고 하는 것으로 알았는데 실험하면서 그것은 헛된 일이란 것을 알게 되었습니다.
이번 실험장치 중 분산장치 진동판의 진동수를 맞추기 위하여 스트로보를 쏘아주고 이때 가변저항기를 움직임에 있어서 아주 미세하게 진동판이 서서히 멈춰지는 것을 볼 수 있었습니다.
그리고 모형입자를 분산시키는 실험이 끝나면 알갱이 수집통 위쪽에서 수집통으로 다 떨어지지 않고 부채골 모양의 분산장치에 아직 많이 남아있어서 이것을 수집 통으로 다 넣으려면 부채골의 모양의 분산장치와 아래쪽 수집 통을 함께 잡고 좌우로 조금씩 흔들어 주면 모두 수집 통으로 넣어 줄 수 있었습니다.
이렇게 하여 모아진 모형입자를 각각의 번호가 매겨진 시험관으로 알갱이를 옮기고 그것을 정확하게 세어 알갱이가 날아간 거리마다 모형입자수의 그래프를 그려보았습니다.
그래서 거리마다 모형입자의 수로 그래프를 나타낸 것은 알갱이가 각각 날아간 시간을 알 수 없기 때문에 속도대신 거리의 함수로 나타내었습니다.
플라스틱 모형입자와 철 모형입자를 실험하여 보았지만 위의 식에서도 알 수 있듯이 질량보다는 속도에 우선하기 때문에 분포도 자체에는 그렇게 큰 영향을 미치지 못함을 알 수 있었습니다.
이번 실험을 통해서 Maxwell 속도분포는 위와 같이 됨을 알 수 있었습니다.