ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ БОЛЬЦМАНА И ЧИСЛА АВОГАДРО МЕТОДОМ БРОУНОВСКОГО ДВИЖЕНИЯ

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 Dt, то получится картина, изображенная на рис. 1.

Хаотическое движение броуновских частиц подчиняется статистическим закономерностям. Среднее значение квадрата смещения частицы за промежутки времени Dt 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;

h–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 постояннуюR 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.