Figura. Velocidad molecular

 

El experimento ilustrado constituye uno de los métodos clásicos para medir la distribución de velocidades moleculares en un gas a una temperatura determinada. En la primera parte del aparato (a), un horno calienta el gas y produce un chorro molecular que avanza en línea recta dentro de una cámara evacuada mediante una bomba de vacío. Este vacío parcial es esencial porque evita colisiones entre moléculas durante el trayecto, permitiendo que cada partícula viaje libremente desde la fuente hasta el detector. En el camino se encuentra un disco giratorio —un chopper— con una rendija que actúa como un cronómetro mecánico: solo permite el paso de moléculas durante intervalos muy breves, de modo que cada paquete de moléculas que atraviesa la rendija tiene un tiempo de salida bien definido.

Una vez que las moléculas superan el chopper, siguen su trayectoria hasta el detector situado a la derecha. Aquí se mide el tiempo de vuelo de cada grupo de moléculas. Si todas las moléculas tuvieran la misma velocidad, llegarían al detector en un pulso muy estrecho; sin embargo, como las moléculas reales poseen un rango de velocidades —algunas más rápidas, otras más lentas—, los tiempos de llegada se dispersan. Esta dispersión temporal se traduce en una distribución espacial dentro del detector, donde se registra la acumulación gradual de moléculas: las más rápidas llegan primero y se depositan cerca del extremo derecho, mientras que las lentas lo hacen después y se distribuyen en otras regiones del detector.

La figura (b) muestra cómo se interpreta esta señal: la longitud del depósito molecular refleja el rango de velocidades presentes en la muestra, mientras que la densidad del depósito es proporcional al número de moléculas que poseen cada velocidad. Con estos datos se reconstruye la curva de distribución de velocidades correspondiente a la temperatura experimental. Este método demuestra directamente que las moléculas en un gas no se mueven todas con la misma rapidez, sino que forman una distribución característica, tal como predice la teoría de Maxwell-Boltzmann.