Номер 3, страница 29 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 2. Основы молекулярно-кинетической теории. Параграф 2.3. Броуновское движение - номер 3, страница 29.

Условие.

3. Каким образом броуновское движение влияет на работу измерительных приборов? Приведите примеры.

Решение.

Решение

Броуновское движение — это хаотическое, беспорядочное движение микроскопических частиц, взвешенных в жидкости или газе, которое происходит из-за постоянных ударов молекул окружающей среды. Это явление напрямую влияет на работу высокочувствительных измерительных приборов, устанавливая фундаментальный предел их точности.

Влияние броуновского движения на измерительные приборы заключается в создании случайных флуктуаций (шума) в их показаниях. Молекулы окружающей среды (например, воздуха) находятся в непрерывном тепловом движении и постоянно сталкиваются с подвижными элементами прибора (например, со стрелкой, зеркальцем на подвесе, мембраной). Хотя каждый отдельный удар оказывает ничтожное влияние, их суммарное, нескоординированное действие приводит к заметным случайным смещениям или колебаниям чувствительного элемента.

Эти случайные колебания накладываются на измеряемый сигнал, что приводит к «дрожанию» указателя прибора вокруг истинного значения. В результате становится невозможно измерить величины, изменения которых меньше амплитуды этих броуновских колебаний. Таким образом, броуновское движение ограничивает предельную точность и чувствительность приборов.

Примеры:

1. Чувствительный гальванометр. В гальванометрах для измерения очень слабых токов часто используется легкое зеркальце, подвешенное на тонкой упругой нити. Молекулы воздуха, ударяясь о зеркальце, вызывают его случайные угловые колебания. В результате световой луч, отраженный от зеркальца на шкалу, не будет стоять в одной точке, а будет постоянно дрожать. Это дрожание и есть проявление броуновского движения, которое мешает точно определить положение светового пятна и, следовательно, измерить малый ток.

2. Торсионные весы. При измерении очень малых сил (например, гравитационных) с помощью торсионных весов, случайные удары молекул воздуха о коромысло весов вызывают его хаотические крутильные колебания. Это создает шум, который ограничивает минимальную силу, которую можно достоверно зафиксировать.

3. Электронные устройства (тепловой шум). В любом проводнике происходит хаотическое тепловое движение свободных электронов. Это движение создает флуктуирующее электрическое напряжение на концах проводника, даже при отсутствии внешнего источника тока. Этот эффект, называемый тепловым (или джонсоновским) шумом, является проявлением броуновского движения для электронов. Он ограничивает чувствительность радиоприемников, усилителей и других электронных измерительных систем, так как слабый полезный сигнал может быть "заглушен" этим неизбежным шумом.

Ответ: Броуновское движение влияет на работу измерительных приборов, вызывая случайные колебания (флуктуации) их чувствительных элементов из-за хаотических ударов молекул окружающей среды. Это создает «шум», который ограничивает предельную точность и чувствительность приборов, не позволяя измерять величины, меньшие амплитуды этих флуктуаций. Примерами являются дрожание зеркальца в чувствительном гальванометре, колебания коромысла торсионных весов и тепловой шум в электронных схемах.