麦克斯韦速率分布律的实验验证方法

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1859年麦克斯韦从理论上确定了气体分子按速率分布的统计规律。

指出在平衡状态下，当气体分子间的相互作用可忽略时，分布在任一速率区间V与V+△V内的分子的比率为

式中T是气体的热力学温度，m是每个分子的质量，k是玻尔兹曼常数。

本世纪20年代开始，已先后为许多实验直接或间接地加以证实，这里仅介绍美国哥伦比亚大学的密勒和库士在1956年所作的铊蒸气原子射线实验，以此说明验证该分布律的实验思路及方法。

该实验装置如图所示，蒸气炉A加热到870k，气压为3．2×10^－2mmHg，蒸气分子从炉上小孔射出，经狭缝S形成一束细窄的射线，D和D′是两个共轴转盘，间距为L，盘上各开有细槽，且两槽错过一小角度φ(2°～4°)。P是检测器，用来接收原子射线并测定其强度。

整个装置放在抽高真空(真空度约为10^－8mmHg)的容器内。

实验时，转盘D和D′以一定角速度ω转动，只有速率为的分子才能通过细槽被P接收，其它速率的分子将沉积在槽壁上，可见D和D’转盘起著速率选择器的作用。改变角速度ω就可使不同速率的分子通过。对应每一种角速度由检测器P测得对应的离子流强度，就可确定分子按速率分布的情况。

总之，分子射线实验，首先要具有各种速率的分子射线源；其次是要有一种速率选择的装置；第三要有检测各种速率的分子数的仪器。为了避免其它分子参予热运动，整个实验装置要放在高真空容器中进行实验。