Броуновское движение

Лабораторная работа

Тема: Броуновское движение

Цель: Изучить явление броуновского движения, экспериментально проверить выполнение формулы Эйнштейна для среднеквадратичного смещения броуновской частицы.

Описание установки

Установка состоит из трех блоков: микроскопа 2, цифровой телекамеры 3, установленной в тринокуляр микроскопа и персонального компьютера 1.

Стекло с эмульсией устанавливается на столик микроскопа 8. Увеличенное изображение частиц в эмульсии можно рассматривать либо через окуляры микроскопа 4, либо с помощью цифровой телекамеры 3 выводить на экран монитора.

Изображение, попадающее на ПЗС-матрицу цифровой телекамеры, преобразуется ею в цифровой сигнал, который подается на USB-вход компьютера. С помощью дополнительного программного обеспечения (в лабораторной работе используется специализированная программа АМСар) можно наблюдать увеличенное изображение частиц на экране монитора в режиме реального времени, а также захватывать и математически обрабатывать полученное изображение.

Предметом исследования служит эмульсия, приготовленная из молока с низким содержанием жира, для контрастности подкрашенная йодом. Капля раствора, помещенная между предметным и покровным стеклом (толщина последнего составляет 0,17мм) изучается в проходящем свете. В качестве броуновских частиц рассматриваются капельки жира диаметром 0,2 ¸ 1 мкм.

Расчётные формулы

броуновский движение формула эйнштейн

=+=. (1),

где - среднее квадратичное смещение частицы, x, y - координаты.

Основные результаты измерений

Таблица 1

Результаты измерений для проверки формулы Эйнштейна

№Координатыxyпри t=t1при t=2 t1при t=3 t1при t=4 t1при t=5 t1при t=6 t1при t=7 t1при t=8 t1при t=9 t115204410000000002559446154600000000357345122129090000000455843742182146000000054724357400104577690234000000650147826904930591343881730000075584963573111173481225025014469000854145024052384498645810253405220095484632181189243465607767694101268010566494128525616844811231733131898235349251163646557417748925070451839427796686841656290125894762330853185029801361774815370248288113607484388120217813922551225451127220626461014585475565172701722151325611170706514369156244442482188922495855864613769257060162851664246785333131514289040650588521049078971761848280114801138125877613284852616953186114663059626537573405846262809397819668440392542641405195281145657753716491332020694435701785079853728498113481997012706426421654388380929007933101326385403612330114251196922611354300513450106451254416433137308269153171691623604349744021154961237713738178851536894251623724590376925925424014297101808541120201098557802553337832535882666014741291702206913828180411980226507378676689310250113922170938218297651856023137274973711491345867411933132852493842905340022202128532356145011094853764523362451590832485255522953737125016009496528344973576513978287453053137340290116060129349059056761153543147136536644392380271214654013142821794519721325123581730586794404394425841640885453351138153018564647761066296254936266344673741985228197409749094549909161643723549635611658502607061514190612962266053653437016404505650628399418102001370375103725804521853822001570442730740384763981832414821646571514289611143650445039546380522413602443076627712261640585027440537382853977829153235749646771201464541548380125455081508296328065971370178042530340192418131856628014249161412512520424354234820810601181104068561600548218063014453535053125106910281021578511094011557455173871693214623781010425890180227457846489452500912520136251422586657204843330856841474774612257076156851699417450116029841113223970484704453054105573132501459314625103098458100014949044340449382386510674117291220973335930505204469092501207499734909441100881133651405153642954523124612450527382125624265977957525303971060250137165904690547062692234254553521393971521281034615305656045055220455449536415172314590673496266718697337780101355489334936450556501123413505118821268216273139245649333125109346285725114531395412553135251715657447311251622935113122001428521845235541927318485584593357201172901213772088885147651604212625594703411571429629410115453056736121001352560514384378554269818325031257611304252509615023674331700287361611377125858103716846248633214813488337738196250131105494663510329585150830411744263742932934661450645442704637720811173138961051711450110906322712165532274160350954809549124248333905085944770665082411665213777488765159122048511444112378621675242534005056895972768513480172611066010949685242372562721433148986601046917384217091373269555232986140222902293156511434147612103424785705422484254453491205776488758510192157617150523016932504410890130266531219826107657251923623267313122631414616131781873073499179364926376610594539896101392510114103067448416154968505202109331008273761006469761507375529190286610212216217635332440223439943042765112332173591330607345118619371855697750922485155645942125244521665218039478503223371641765420519524255321462785794892519801129808532181255284112569728188050825036275467729840418497512231740981504254322349629254904721904956505498255627230282788493052104513354674531750511898835632621493545316955975121436035456340164428455624149096128732385458931332498208933308554823510095414332297182537372169164213738657222862542512372192530045807418478639858757524426581037046811455141452574455625885722111098289115211562682397764735617848989586198365223710962813274946256376986087889059418620811093725224845174469673788401272491550236443627401109689548561845133292541240975725378918021172110574226968935352424026166174537233016041565218442945502342891174424025921013725520595579205168233052669180258698851537578965691932442042355729932210674314333263797573196251171973356029602129541173226Ср.зн.--132926163400405650125810608865637055

Вывод

В данной работе было изучено броуновское движение частиц. Броуновское движение происходит из-за того, что все жидкости и газы состоят из атомов или молекул - мельчайших частиц, которые находятся в постоянном хаотическом тепловом движении, и потому непрерывно толкают броуновскую частицу с разных сторон. Крупные частицы с размерами более 5 мкм в броуновском движении практически не участвуют (они неподвижны), более мелкие частицы (менее 3 мкм) двигаются поступательно по весьма сложным траекториям или вращаются. Когда в среду погружено крупное тело, то толчки, происходящие в огромном количестве, усредняются и формируют постоянное давление <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5>. Если крупное тело окружено средой со всех сторон, то давление практически уравновешивается, остаётся только подъёмная сила Архимеда - такое тело плавно всплывает или тонет. Если же тело мелкое, как броуновская частица, то становятся заметны флуктуации давления, которые создают заметную случайно изменяющуюся силу, приводящую к колебаниям частицы. Броуновские частицы обычно не тонут и не всплывают, а находятся в среде во взвешенном состоянии. Так же нельзя говорить о том, что Броуновская частица- это молекула, т.к. частица-это скопление молекул.

Больше работ по теме: