Порядок выполнения работы

1. В широкий сосуд (фотокювету) наливают чистую водопроводную воду.

2. Поверхность воды слегка посыпают тонким слоем талька.

3. На поверхность воды капают единственную каплю однопроцентного раствора олеиновой кислоты или какой-либо другой жирной кислоты.

4. Измеряют средний диаметр максимально расплывшегося масляного пятна. С этой целью измеряют диаметр пятна в шести различных направлениях и вычисляют среднеарифметическое значение.

5. Определяют путем взвешивания на аналитических весах массу бюкса m₁.

6. Набирают в бюкс 3 капли раствора из той же бюретки и находят массу бюкса с раствором m₂.

7. Вычисляют массу одной капли раствора: и массу олеиновой кислоты в одной капле раствора: m=0,01m_р.

8. Подставляют численное значение m в формулу (2.10) и вычисляют число Авогадро.

Контрольные вопросы

1. В чем причина растекания капли жира по поверхности воды?

2. Выведите расчетную формулу, по которой определяется число Авогадро в данной лабораторной работе.

3. Какие способы определения числа Авогадро вам известны?

4. Где количество молекул больше: в 1г водорода или в 1г углекислого газа?

III. Явления переноса

В результате хаотического движения молекул и соударений между ними происходят непрерывные изменения их скоростей и энергий в веществе. Если в веществе существует пространственная неоднородность плотности, температуры или скорости упорядоченного движения отдельных слоев вещества, то на беспорядочное тепловое движение молекул вещества накладывается упорядоченное движение, которая ведет к выравниванию этих неоднородностей. Это движение называется явлением переноса.

К явлениям переноса относится теплопроводность, внутреннее трение и диффузия. Во всех трех явлениях имеется много общего, а именно в среде происходит направленный перенос какой-либо величины (энергии, количества движения, массы) из одной части вещества в другую до тех пор, пока данная величина не распределится равномерно по всему объему.

Явление теплопроводности состоит в направленном переносе энергии и возникает тогда, когда различные части среды имеют различную температуру, т. е. обладают различной внутренней энергией. Перенос тепла в теле происходит в направлении точек тела, имеющих более низкую температуру. Температура в различных точках тела является функцией координат точек и времени . Поверхности одинаковой температуры, уравнение которых можно представить в виде: называются изотермическими поверхностями.

В теории теплопроводности количество теплоты , которое проходит внутри тела через элемент поверхности определяется уравнением Фурье:

,

где время, коэффициент теплопроводности, – падение (градиент) температуры по направлению , которое служит нормалью к изотермической поверхности.

Градиент температуры показывает изменение температуры на единицу длины нормали к направлению движения тепла.

Знак минус показывает, что энергия переносится в сторону убывания температуры .

Коэффициент теплопроводности численно равен количеству теплоты, переносимую через единицу поверхности, за единицу времени, при градиенте температуры, равном единице.

Явление внутреннего трения (вязкости) наблюдается в телах при всех агрегатных состояниях, но большое практическое значение это явление имеет для жидкостей и газов.

При движении жидкости или газа возникают силы внутреннего трения. Эти силы возникают вследствие того, что движение жидкости или газа слоистое и скорости перемещающихся слоев разные.

Силы внутреннего трения направлены к уравниванию скорости движения всех слоев. Уравнивание слоев осуществляется путем передачи молекулами более быстрого слоя количества движения молекулам слоя, движущегося медленнее. Это приводит к увеличению скорости движения более медленного слоя. Слой же, движущейся быстрее, начинает двигаться медленнее, так как молекулы из медленного слоя, попадая в более быстрый слой, получают в быстром слое некоторое количество движения, что приводит к его торможению.

Таким образом, внутреннее трение обусловлено переносом количества движения молекулами вещества, которые переходят из слоя в слой и создают возникновение сил трения между слоями газа или жидкости, перемещающимися параллельно друг другу с различными скоростями.

О пыт показал, что сила внутреннего трения пропорциональна величине площади соприкосновения движущихся слоев , градиенту скорости движения слоев, коэффициенту пропорциональности  , который называется коэффициентом вязкости (закон Ньютона):

.

Градиентом скорости называется изменение скорости на единицу длины в направлении, перпендикулярном скорости движения слоев (рис.3.1). Коэффициент вязкости:

.

Коэффициент вязкости или коэффициент внутреннего трения есть физическая величина, численно равная силе внутреннего трения, между двумя слоями с площадью, равной единице при градиенте скорости, равном единице. В СИ .

Знак минус в формуле Ньютона показывает, что перенос импульса направлен противоположно градиенту скорости движения слоев.

Явление диффузии возникает тогда, когда состав среды в различных частях различен и заключается в самопроизвольном взаимном проникновении и перемешивании частиц двух соприкасающихся газов, жидкостей и твердых тел.

Явление диффузии связано с направленным переносом массы вещества. Перенос массы вещества подчиняется первому закону Фика:

,

где количество вещества, которое переносится за время через элементарную площадку в направлении нормали к рассматриваемой площадке в сторону убыли плотности градиент плотности (концентрации), изменение плотности на единицу длины по нормали к слоям. Минус означает, что масса переносится в сторону убывания плотности, коэффициент диффузии,

.

Коэффициентом диффузии называется физическая величина, численно равная количеству массы вещества, переносимый через единицу площади за единицу времени при градиенте скорости, равном единице в направлении нормали к рассматриваемой площади .