Лабораторная работа № 1 определение постоянной больцмана и числа авогадро методом броуновского движения

Цель работы: Экспериментальное определение постоянной Больцмана и числа Авогадро.

Введение

Броуновское движение – непрерывное, беспорядочное перемещение малых частичек вещества, взвешенных, в жидкости или газе – представляет собой одно из наиболее ярких и доступных наблюдению проявлений молекулярно-кинетического движения. Движение броуновских частиц можно наблюдать через микроскоп. Если отмечать положение частицы через равные промежутки времени t, то получится картина, изображенная на рис. 1.

Хаотическое движение броуновских частиц подчиняется статистическим закономерностям. Среднее значение квадрата смещения частицы за промежутки времени t вдоль оси х (или любой другой оси) пропорционально этому промежутку времени и, как показал А. Эйнштейн, определяется формулой:

^, (1)

где k – постоянная Больцмана;

Т – абсолютная температура;

r – радиус броуновской частицы;

 –коэффициент вязкости жидкости, где двигаются броуновские частицы.

Формула (1) используется в этой работе для определения постоянной Больцмана k:

⁽²⁾

Постоянная Больцмана k является очень важной физической постоянной, необходимой для расчета многих величин в различных областях физики и химии и может быть определена различными методами. Здесь эта величина определяется методом наблюдения броуновского движения.

Постоянная Больцмана k может быть выражена через число Авогадро N_A и универсальную газовую постоянную R следующим образом:

⁽³⁾

Универсальная газовая постоянная может быть определена независимо от данного метода и поэтому формула (1) позволяет вычислить число Авогадро:

⁽⁴⁾

В данной работе ставится задача экспериментального определения постоянной Больцмана k. Используя известное табличное значение универсальной газовой постоянной R, по формуле (4) определяют число Авогадро N_A.

Описание установки

Принадлежности:

1. Микроскоп МБР-1 с осветителем;

2. Тонкая стеклянная кювета;

3. Покровные стекла;

4. Секундомер;

5. Пипетка;

6. Эмульсия;

7. Стекло с сеткой;

8. Линейка с делениями по 0,01 мм.

Установка состоит из микроскопа МБР-1 с осветителем и тонкой стеклянной кюветы с исследуемой эмульсией.

Один из способов приготовления эмульсии заключается в следующем: 1 см³ 2 % раствора канифоли в спирте вливают каплями в 30 см³ воды при тщательном помешивании. Нерастворимая в воде канифоль образует при этом молочно-белую эмульсию с частицами шарообразной формы и приблизительно одинакового размера.

Выполнение работы

1. Взять кювету. Пипеткой наполнить кювету эмульсией, затем накрыть кювету покровным стеклом так, чтобы под стеклом не образовались пузырьки воздуха.

2. Подготовить к работе микроскоп. Включить его в сеть, отрегулировать яркость (поставить на минимум освещенность). Винт точной наводки отрегулировать так, чтобы он работал только на подъем.

3. Поставить кювету с эмульсией на предметный столик микроскопа. Подвести объектив микроскопа к кювете как можно ближе винтом грубой наводки.

4. Пользуясь винтом точной наводки, сфокусировать микроскоп на объект. Фокусировать нужно осторожно, чтобы не повредить покровное стекло.

5. Обнаружив броуновские частицы, вставить в окуляр стекло с сеткой и наблюдать броуновское движение частицы.

6. Через каждые t =10 с фиксировать значение координаты х броуновской частицы (зафиксировать не менее 50 значений).