Versuch von Stern
Mit dem Versuch von Stern gelang Otto Stern im Jahre 1920 zum ersten Mal eine direkte Messung der Geschwindigkeit von Atomen.

Versuchsprinzip 
In einem hochevakuierten Gefäß befindet sich ein mit Silber überzogener Platindraht. Dieser wird so elektrisch geheizt, dass das Silber verdampft. Die Silberatome bewegen sich radial nach allen Seiten mit einer temperaturspezifischen Geschwindigkeit. Durch eine schmale Blende wird ein feiner Strahl von Silberatomen fokussiert, der bei ruhender Apparatur den Schirm an der Stelle S0 schwärzen würde.

Zur Messung der Atomgeschwindigkeit lässt man die ganze Apparatur mit der Frequenz  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  abgelenkt. Je nach Drehrichtung wird der Schirm an einer Stelle S1 oder S2 geschwärzt.

Versuchsergebnis 

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 S1 und S2 zeigt, dass die Atome verschiedene Geschwindigkeiten haben.
Diese Geschwindigkeitsverteilung wurde im 19. 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  gegeben, mit der das Atom aus dem Draht austritt.
Die Zeit  vom Passieren der Blende bis zum Auftreffen auf dem Schirm ist deshalb

.

Die Ablenkung  ergibt sich aus der Proportion

,
wobei  die Dauer für eine ganze Umdrehung der Apparatur bezeichnet.

Hieraus folgt
 
bzw.

Literatur

Weblinks 
 Versuchsbeschreibung und Auswertung auf Schülerniveau (LEIFI)

Physikalisches Experiment
Thermodynamik
Otto Stern (Physiker)