Quelltext der Seite Versuch von Stern

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Mit dem '''Versuch von Stern''' gelang [[Otto Stern (Physiker)|Otto Stern]] im Jahre 1920 zum ersten Mal eine direkte Messung der [[Geschwindigkeit]] von [[Atom]]en.

== Versuchsprinzip ==
In einem hoch[[Vakuum|evakuierten]] Gefäß befindet sich ein mit [[Silber]] überzogener [[Platin]]<nowiki />draht. Dieser wird so [[Heizwiderstand|elektrisch geheizt]], dass das Silber [[Verdampfung|verdampft]]. Die Silberatome bewegen sich radial nach allen Seiten mit einer temperaturspezifischen Geschwindigkeit. Durch eine schmale [[Blende (Optik)|Blende]] wird ein feiner [[Teilchenstrahl|Strahl]] von Silberatomen [[fokus]]siert, der bei ruhender Apparatur den Schirm an der Stelle&nbsp;S<sub>0</sub> schwärzen würde.

Zur Messung der Atomgeschwindigkeit lässt man die ganze Apparatur mit der [[Frequenz]] <math>f</math> um den Draht rotieren. Auch dann ist die Bahn eines Atoms geradlinig (vom [[Laborsystem]] aus betrachtet). Vom mitrotierenden [[Bezugssystem]] aus betrachtet erscheint die Bahn jedoch gekrümmt, der Strahl wird also scheinbar um die Strecke <math>\Delta s</math> [[Ablenkwinkel|abgelenkt]]. Je nach Drehrichtung wird der Schirm an einer Stelle S<sub>1</sub> oder S<sub>2</sub> geschwärzt.

=== Versuchsergebnis ===
[[Datei:Schwärzungsbild.svg|mini|Schwärzungsbild des Versuchs von Stern]]
Die Grafik zeigt das Schwärzungsbild, wie man es im Versuch erhält, wenn die Apparatur zuerst in Links- und dann in Rechtsdrehung versetzt wird.
Die beim Stern'schen Versuch gemessenen Geschwindigkeiten stimmen gut mit den durch die Theorie vorhergesagten Geschwindigkeiten überein. Die [[Unschärfe]] der beiden Linien&nbsp;S<sub>1</sub> und&nbsp;S<sub>2</sub> zeigt, dass die Atome verschiedene Geschwindigkeiten haben.
Diese Geschwindigkeitsverteilung wurde im 19.&nbsp;Jahrhundert von [[James Clerk Maxwell]] und [[Ludwig Boltzmann]] als die [[Maxwell-Boltzmann-Verteilung]] theoretisch vorhergesagt.

=== Berechnung der Atomgeschwindigkeit ===
Im mitrotierenden System ist die Geschwindigkeitskomponente eines Silberatoms in radialer Richtung durch die Geschwindigkeit <math>v</math> gegeben, mit der das Atom aus dem Draht austritt.
Die Zeit <math>\Delta t</math> vom Passieren der Blende bis zum Auftreffen auf dem Schirm ist deshalb

:<math>\Delta t = \frac{l}{v} </math>.

Die Ablenkung <math>\Delta s</math> ergibt sich aus der Proportion

:<math>\frac{ \Delta s}{2 \pi \cdot R} = \frac{\Delta t}{T}</math>,
wobei <math>T = \frac{1}{f}</math> die Dauer für eine ganze Umdrehung der Apparatur bezeichnet.

Hieraus folgt
: <math>\Delta s = \frac{2 \pi \cdot R}{T} \cdot \Delta t = \frac{2 \pi \cdot R \cdot l}{T \cdot v} = \frac{2 \pi \cdot R \cdot l \cdot f}{v} </math>
bzw.
: <math>v = \frac{2 \pi \cdot R \cdot l \cdot f}{ \Delta s} </math>

== Literatur ==
* {{Literatur |Autor=Horst Schmidt-Böcking, Wolfgang Trageser |Titel=Ein fast vergessener Pionier |TitelErg=Die von Otto Stern entwickelte Molekularstrahlmethode ist essenziell für Physik und Chemie |Sammelwerk=[[Physik Journal]] |Verlag=Wiley-VCH Verlag Chemie |Datum=2012-03 |Seiten=47-51 |Online=[https://www.pro-physik.de/restricted-files/94211 www.pro-physik.de] |Format=PDF}}

== Weblinks ==
* [https://www.leifiphysik.de/waermelehre/kinetische-gastheorie/versuche/geschwindigkeitsmessung-von-atomen Versuchsbeschreibung und Auswertung] auf Schülerniveau ([[LEIFI]])

[[Kategorie:Physikalisches Experiment]]
[[Kategorie:Thermodynamik]]
[[Kategorie:Otto Stern (Physiker)]]

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Abgerufen von „https://www.cosmos-indirekt.de/Physik-Schule/Versuch_von_Stern“

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