Лабораторная работа №5. Изучение броуновского движения
Цель работы: изучить зависимость броуновского движения от размера частиц и температуры жидкости.
Оборудование: микроскоп, бюретка, сосуды с горячей и холодной водой, мелкодисперсная и крупнодисперсная краска; либо средства ИКТ: ноутбук, проектор, https://www.youtube.com/watch?v=OCcvDbPMNF8, https://www.youtube.com/watch?v=7wi51mQ7XUU, https://www.youtube.com/watch?v=CfcYqFnlolo – ссылки для наблюдения броуновского движения.
Теория:
Броуновским движением называют беспорядочное движение малых частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием ударов молекул окружающей среды. Это явление было открыто в 1827 г. английским ботаником Р. Броуном, который с помощью ахроматического объектива наблюдал движение цветочной пыльцы, взвешенной в воде. Броун обнаружил, что взвешенные в жидкости частицы находятся в непрерывном беспорядочном движении. Поскольку первые наблюдения проводились на объектах органического происхождения (спорах растений), то исследователи сначала предположили, что частицы движутся за счет собственной "жизненной силы". Однако повторение опытов Броуна на неорганических частицах показало, что и в этом случае наблюдается хаотическое движение, что позволило сделать вывод об универсальности данного явления.
Сразу после своего открытия, броуновское движение не получило удовлетворительного объяснения. Лишь во второй половине 19 века его стали связывать с ударами молекул жидкости о поверхность взвешенных в жидкости малых частиц. Первая теория броуновского движения появилась в начале 20 века. Ее автором был Альберт Эйнштейн, который в мае 1905 г. в немецком журнале Annalen der Physik опубликовал статью «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярно-кинетической теорией теплоты». В своей работе Эйнштейн показал, что броуновские частицы участвуют в тепловом движении вместе с молекулами жидкости, но с гораздо меньшей скоростью из-за своей сравнительно большой массы. Эйнштейн не знал о броуновском движении и его открытие было чисто теоретическим: "не зная, что наблюдения над "броуновским движением" давно известны, я открыл, что атомистическая теория приводит к существованию доступного наблюдению движения микроскопических взвешенных частиц". Независимо от Эйнштейна, в 1905–1906 гг. количественная теория броуновского движения была также разработана польском физиком М. Смолуховским.
Ход работы:
Наблюдать броуновское движение мелкодисперсной краски сначала в горячей, потом в холодной воде. Сделать вывод о зависимости интенсивности броуновского движения от температуры жидкости.
Повторить с крупнодисперсной краской. Сделать вывод о зависимости интенсивности броуновского движения от размера броуновской частицы.
Контрольные вопросы:
Каковы основные постулаты молекулярно-кинетической теории?
Дайте определение броуновского движения. Объясните, почему оно наблюдается только в случае малых частиц.
Можно ли остановить броуновское движение частиц?
Существуют ли другие виды броуновского движения, помимо поступательного?
Как броуновское движение зависит от массы частицы? от температуры?
Чему равна средняя кинетическая энергия движения броуновской частицы? Сравните это выражение со средней кинетическая энергией молекулы.
Приведите выражение для средней кинетической энергии идеального одноатомного, двухатомного и многоатомного газа.
Опишите опыты Ж. Перрена. Какую роль они сыграли для обоснования молекулярно-кинетической теории?
Как зависит концентрация броуновских частиц от высоты?