Броуновское движение. Опыт Перрена

Немаловажное значение имеет экспериментальное подтверждение полученных распределений. Большую роль в этом сыграло изучение броуновского движения.

Броуновское движение - движение частиц, взвешенных в жидкости или газе, под действием некомпенсированных ударов молекул жидкости или газа. Небольшие броуновские частицы можно трактовать как невзаимодействующие молекулы очень больших размеров. Поэтому можно ожидать, что броуновские частицы, взвешенные в жидкости и подверженные действию силы тяжести, будут распределены по высоте так же, как молекулы газа, то есть по закону (3.16). Этот факт использовал Перрен для опытной проверки барометрической формулы. Броуновские частицы можно наблюдать, используя микроскоп с большим увеличением. На броуновскую частицу действует сила тяжести и архимедова сила (рис.3.9). Величина архимедовой силы равна: .

Результирующая сила, действующая на броуновскую частицу, равна: и направлена вниз по ходу движения частицы.

Массу частицы и массу жидкости можно выразить через плотность и объём и , тогда

С учётом этого распределение броуновских частиц, взвешенных в жидкости, будет иметь вид:

или (3.17)

Подсчитав число броуновских частиц n₁ и n₂ на разных высотах х₁ и х₂, можно экспериментально подтвердить выполнение закона Больцмана. Проверка закона Больцмана таким способом требует подсчёта очень большого числа частиц на различных высотах и их усреднения на каждой высоте. На это требуется достаточно много времени, в течение которого необходимо выполнить условие Т=const. Поэтому экспериментаторы используют лампу дневного света для подсветки ванночки с взвешенными в воде броуновскими частицами, поскольку она выделяет меньше тепла в окружающее пространство, чем обычная лампа накаливания.

Дата добавления: 2014-01-05