Студопедия
Обратная связь


Авиадвигателестроения Административное право Административное право Беларусии Алгебра Архитектура Безопасность жизнедеятельности Введение в профессию «психолог» Введение в экономику культуры Высшая математика Геология Геоморфология Гидрология и гидрометрии Гидросистемы и гидромашины История Украины Культурология Культурология Логика Маркетинг Машиностроение Медицинская психология Менеджмент Металлы и сварка Методы и средства измерений электрических величин Мировая экономика Начертательная геометрия Основы экономической теории Охрана труда Пожарная тактика Процессы и структуры мышления Профессиональная психология Психология Психология менеджмента Современные фундаментальные и прикладные исследования в приборостроении Социальная психология Социально-философская проблематика Социология Статистика Теоретические основы информатики Теория автоматического регулирования Теория вероятности Транспортное право Туроператор Уголовное право Уголовный процесс Управление современным производством Физика Физические явления Философия Холодильные установки Экология Экономика История экономики Основы экономики Экономика предприятия Экономическая история Экономическая теория Экономический анализ Развитие экономики ЕС Чрезвычайные ситуации ВКонтакте Одноклассники Мой Мир Фейсбук LiveJournal Instagram


Изучение законов броуновского движения и определение размеров взвешенных частиц

Если рассматривать в сильный микроскоп жидкость, в которой находятся маленькие, не растворяющиеся в жидкости частицы (например, частицы краски в воде), то в поле зрения микроскопа можно увидеть массу хаотически движущихся частиц. Это явление называется броуновским движением.
Броуновское движение - результат соударения молекул жидкости со взвешенными в ней частицами. Так как молекулярное движение хаотично, то частица получает больший импульс то с одной стороны, то с другой стороны и в результате также приходит в хаотическое движение.
Количественная теория броуновского движения была впервые разработана Эйнштейном и, независимо от него, Смолуховским. Основное соотношение этой теории, вывод которого приведен в рекомендуемой литературе, называется законом Эйнштейна. Этот закон гласит: среднее значение квадрата проекции перемещения броуновской частицы за данный промежуток времени вдоль определенного направления пропорционально этому промежутку времени т.е.  ,                                     (1)
где коэффициент пропорциональности  
.                               (2)
Подставляя (2) в (1), получим:
,                           (3)
где - средний квадрат проекции перемещения броуновской частицы вдоль определенного направления;
 - промежуток времени перемещения частицы;
- универсальная газовая постоянная;
 - абсолютная температура эмульсии;
- коэффициент вязкости среды, в которой движутся броуновские частицы;
- радиус броуновской частицы;
- число Авогадро.
Формула (3) позволяет вычислить среднее значение квадрата перемещений, причем среднее берется по всем частицам, участвующим в движении. Но эта формула справедлива и для среднего значения квадрата  многих последовательных перемещений одной единственной частицы за равные промежутки времени.
С экспериментальной точки зрения удобнее наблюдать именно перемещение одной частицы. Такие наблюдения и были проведены французским физиком Перреном.
Предлагаемый в данной работе способ определения размеров частиц основан на использовании закона Эйнштейна (см. формулу 3).

Описание установки и методика измерений

  1. Описание установки. Установка состоит из микроскопа, рисовального аппарата, осветителя и наклонного столика. Устройство микроскопа и рисовального аппарата и правила использования их в работе следует предварительно изучить по заводским описаниям этих приборов, а также по книге "Физический практикум" под ред. проф. В.И. Ивероновой, 1963 г., стр. I79-I8I.
  2. Приготовление эмульсии. В качестве броуновских частиц можно взять частицы краски, растворенной в воде, или частицы эмульсии канифоли в растворе спирта и воды. В последнем случае эмульсия приготавливается заранее следующим образом:

10 см 2%-гo раствора канифоли в спирте вливают по
каплям в 15 дистиллированной воды при
тщательном перемешивании. Получившаяся молочно-
белая эмульсия ставится не менее чем на сутки для
отстаивания. За это время наиболее крупные частицы
выпадают в осадок. Слой эмульсии над осадком
берется для опыта.
Примечание. Перед началом опытов полезно растворить в полученной эмульсии красную краску кармин  и раствор центрифугировать.

  1. Определение увеличения установки (микроскопа с рисовальным аппаратом).

а) Отрегулировав с помощью осветителя и зеркала освещенность поля зрения микроскопа, укрепляют на его тубусе рисовальный аппарат.
б) Перед объективом микроскопа помещают объект-микрометр. На специальном столике укрепляют лист бумаги (миллиметровой) и добиваются того, чтобы через рисовальный аппарат хорошо были видны на фоне бумаги штрихи объект-микрометра и остриё карандаша. Наносят эти штрихи на миллиметровую бумагу. Зная цену деления объект-микрометра, определяют увеличение установки (микроскопа с рисовальным аппаратом).

  1. Проверка закона Эйнштейна.
  2.  В углубление на предметном стекле, предварительно протертом спиртом, вносят 2-3 капли эмульсии и препарат накрывают чистым покровным стеклом так, чтобы под покровным стеклом не было пузырьков воздуха. Избыток эмульсии под покровным стеклом удаляют при помощи фильтровальной бумаги.
  3.  Препарат помещают перед объективом и производят фокусировку микроскопа, добиваясь отчетливой видимости броуновских частиц и острия карандаша на фоне листа миллиметровой бумаги, помещенного под зеркалом рисовального аппарата.
  4.  Выбрав отчетливо видимую движущуюся броуновскую частицу, совмещают с её изображением кончик карандаша и отрезками прямой соединяют положения броуновской частицы через одинаковые промежутки времени, например, через 5,10,15,20 секунд. В результате на листе миллиметровой бумаги получают проекцию траектории перемещения броуновской частицы. Точки нумеруют (см. рис.).

Затем проектируют полученную траекторию броуновской частицы на выбранную определенным образом прямую ОХ и получают точки . Обозначив отрезки проекций , вычисляют квадраты проекций перемещения броуновской частицы, например, через время секунд.

  1. Затем вычисляют средний квадрат проекции перемещения броуновской частицы через 10 секунд:
  2.   , к=1,2,3,..n.
  3.  Пользуясь тем же рисунком траектории броуновской частицы (см. рис.), вычисляют средние квадраты проекций перемещения броуновской частицы через промежутки времени c,c.

;
.
е) Если , то закон Эйнштейна применим.

  1. Определение радиуса броуновской частицы. Из формулы (3) выражают радиус броуновской частицы

                               (4)
и вычисляют его, взяв из таблиц  и
=6,023 x I023 .
Примечание. Если увеличение установки С, то в системе СГС  получим
.





 

Читайте также:

Изучение зависимости коэффициента поверхностного натяжения от температуры по методу максимального давления в пузырьке

Измерение коэффициента диффузии паров легко испаряющейся жидкости в воздухе

Определение теплоемкости металлов методом охлаждения

Изучение зависимости коэффициента теплопроводности газа от давления

Определение теплоты парообразования легко летучей жидкости по зависимости давления насыщенных паров от температуры

Вернуться в оглавление: Физика

Просмотров: 4991

 
 

© studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам. Ваш ip: 54.166.82.161