Вот объяснение:
Молекулярно-кинетическая теория (сокращённо МКТ) — теория, возникшая в XIX веке и рассматривающая строение вещества, в основном газов, с точки зрения трёх основных приближенно верных положений:
1. все тела состоят из частиц: атомов, молекул и ионов;
2. частицы находятся в непрерывном хаотичном движении (Тепловом);
3. частицы взаимодействуют друг с другом путём абсолютно упругих столкновений.
Недостаточность кинетической теории материи, господствовавшей в 19 веке первым отметил Николай Николаевич Пирогов. Он показал, что установленный английским физиком Максвеллом закон распределения скоростей молекул газа в их хаотическом движении (помогающий вычислить, какая доля молекул обладает той или иной скоростью) действителен лишь в том случае, когда газ занимает бесконечно большой объем. Для того чтобы правильно отобразить распределение скоростей молекул в газе, занимающем определенный конечный объем, показал Пирогов, надо принять в расчет и действие стенок сосуда на молекулы газа, стремящееся выровнять, упорядочить это движение..... [1,2,3].
В. Томпсоном (William Thomson) была поставлена и решена задача об остывании полупространства. " Пусть однородная среда заполняет полупространство, ограниченное плоскостью х - 0. В начальный момент времени t = 0 температура среды всюду одинакова и равна Т0. Температура на поверхности среды всё время поддерживается постоянной и равнаТ1 ≠ Т0. ..... " [4]. Дальше предполагается, что в начальный момент на границе среды температура испытывает скачок. Затем задача формализуется дифференциальным уравнением и решается.
1. Модель обмена кинетической энергией тела, состоящего из абсолютно упругих частиц с окружающей средой.
Рассмотрим эту задачу с позиции МКТ, учитывая высказывание Н. Н. Пирогова о взаимодействии молекул исходного вещества с молекулами окружающей среды.
Как известно тепло передаётся тремя способами: 1) кинетически, 2) конвекцией, 3) излучением. Чтобы исключить конвекцию, будем считать, что исследуемое тело состоит из твёрдого вещества или из покоящейся жидкости. Ввиду незначительности влияния излучения в эксперименте не будем учитывать и излучение. Также положим, что между молекулами происходят упругие столкновения.
После всех приведённых ограничений сформулируем следующую задачу.
Поместим на плоскость один слой абсолютно упругих шаров (b). Получим двумерную задачу. Шары имеют одинаковую постоянную частоту колебания vb. Выделим в плоскости прямоугольник, заполненный абсолютно упругими шарами (r) с начальной частотой колебания vr0 > vb. Левая сторона открыта и граничит с окружающей средой. Три других стороны являются абсолютно твёрдые стенки. Массы всех шаров равны.
В каждый момент происходит равновероятное колебание в одну из четырёх сторон, происходит обмен импульсами. Так как нулевой столбец принадлежит окружающей среде, то его частота колебания восстанавливается. Шары внутри прямоугольника получают частоту колебания vr0 или vb.
Найти время выравнивания частот колебания шаров внутри прямоугольник с окружающей средой.
Вот формула:
Вот теоретический график:
Экспериментальная установка:
Графики эксперимента:
