Verificare la veridicità della teoria di Maxwell secondo

fisica

Scopo dell'esperimento

Verificare la veridicità della teoria di Maxwell secondo cui, in un sistema termodinamico in equilibrio, i valori delle velocità molecolari sono tutti possibili, ma non ugualmente probabili.

Materiale

Apparecchiatura costituita da un motorino che agisce sulla parete inferiore di un parallelepipedo graduato e dotato di stantuffo per la regolazione della parete superiore, in modo da far variare il volume, e di una stretta fenditura.

Raccoglitore di sferette suddiviso in settori circolari con un invito al centro collegato ad un altro raccoglitore verticale e trasparente diviso in altrettanti settori.

Due tipi di sferette rappresentanti molecole di diverso peso.

Funzione e svolgimento

L'apparecchiatura e` servita a rappresentare un sistema in equilibrio termodinamico, nel quale sono state immesse le sferette rappresentanti le molecole. Azionando il motorino sì e` provocata la vibrazione della parete inferiore del parallelepipedo, in modo da dare una velocita` ai corpi immessi che simulavano le molecole in movimento secondo il moto Browniano.

Nel momento in cui sì e` aperta la fenditura su una delle pareti del parallelepipedo, le sferette-molecole hanno cominciato a fuoriuscirne con diverse velocita` v_x orizzontali, in quanto la ridotta dimensione della fessura non consentiva la componente verticale, e quindi, secondo la legge del moto parabolico, percorrendo un differente spazio prima di essere incanalate nel raccoglitore a settori, che a sua volta le fa precipitare nel raccoglitore verticale impilandole.

Quest'ultimo ha permesso di osservare le quantita` di sfere presenti nelle diverse suddivisioni, cosi` da consentire una rapida verifica della legge di Maxwell: infatti al settore con piu` palline corrispondeva la velocita` molecolare piu` probabile. Seguendo l'andamento delle varie colonne si e` potuta disegnare una curva, detta curva di Maxwell.

Grazie ai dati raccolti durante il lavoro abbiamo effettuato alcuni calcoli per ricavare i valori della velocita` piu` probabile:

t = tempo necessario alla sferetta per cadere nel raccoglitore a settori

S_x = spazio orizzontale percorso dalla sferetta

S_y = spazio verticale

v₀= velocita` molecolare

G = accelerazione di gravita`

t =radq(2S_y /g)=0,14 s

S_x=v₀t =>v₀=S_x /t=0,265 m/s

L'esperimento e` stato successivamente ripetuto utilizzando sferette di massa maggiore rispetto a quelle precedenti ed il risultato dell'esperimento e` stato differente: il settore con piu` sferette e` stato diverso da prima, il che vuol dire una velocita` molecolare piu` probabile diversa ed in particolare minore.

Difficoltà` durante l'esperimento

I risultati del lavoro sono risultati lievemente errati a causa della non perfetta struttura dell'apparecchiatura, delle condizioni non ideali in cui e`  stato svolto l'esperimento e degli errori umani.