温度、圧力は、系の中の分子、原子の持つエネルギー、衝突での運動量の交換と結びついた物理量です。 熱平衡状態では、気体分子は温度に応じたエネルギーで分布します。 逆に言うと、気体の温度は気体分子の持つエネルギーで決まります。
周囲の壁が巨大な熱浴になっているとしています。つまり、球が壁と衝突する際に壁から温度に応じた運動量をもらいますが、これにより壁の温度が変化することはないとします。
・ 球の持っているエネルギー(運動エネルギー+位置エネルギー)に応じて色を変えています。
・ 球同士は衝突しません。
熱浴に浸かった粒子の運動です。粒子は、次第に設定した温度に応じたエネルギー分布に近づいていきます。つまみで熱浴の温度を変更できます。熱浴の温度を変更して、粒子の運動、温度がどのように変化するかを見ましょう。
・ 球の持っているエネルギー(運動エネルギー)に応じて色を変えています。
定めた速さで球がステップ毎に2次元平面内のランダムな方向へ移動していきます。例えば、離れた場所まで花の香りの分子が届くのにどの程度の時間を要するかといった、粒子の拡散を表すモデルです。
物質をブラウン運動する粒子の集まりと考えるとどのような現象が起きるでしょうか。
ここでは、1000個の2次元平面内のランダムな方向へ移動する粒子を1点に置いてスタートしています。
粒子同士が衝突する効果は考えていません。
3次元空間内のランダムな方向へ移動する粒子で、上と同じ現象を眺めてみましょう。
2点にそれぞれ500個の2次元平面内のランダムな方向へ移動する粒子を置いてスタートしてみましょう。
異なる点からスタートする粒子には異なる色を付けています。
原子核(赤丸)とアルファ粒子(青丸)の古典的な散乱です。ラザフォードは、原子核とアルファ粒子の散乱実験で原子中で原子核が占める体積が非常に小さいことを見出しました。原子核の大きさと電荷を変えてみましょう。
・ 原子核とアルファ粒子間のクーロン相互作用のみ考慮しています。原子核の位置は固定です。
・ 赤く塗った原子核内には電荷が一様に分布しているとしています。
・ 電荷0は原子核と中性子、負電荷の場合は原子核と電子の散乱と読み替えてください。
・ 原子核の大きさを変えると散乱はどのように変化しますか?