ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА

Имени адмирала С.О. МАКАРОВА

МЕХАНИКА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

Кафедра Физика

Лабораторная работа № 100

Оптические методы измерения размеров молекул различных жидкостей и определения различных характеристик их теплового движения

Тема: Механика

Институт Морская академия

Факультет Судовой энергетики

Специальность 26.05.07 Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики

Выполнил курсант 1-го курса

группы Э-131 -12

очной формы обучения Францев Илья Сергеевич

(Ф.И.О. курсанта)

Рецензент Пашин Анатолий Борисович доцент кафедры Физики, к.ф.-м.н.

(должность, Ф.И.О. рецензента)

 

Работа защищена с оценкой ________ __________________________

(подпись рецензента)

«22 » февраля 2021г.

Санкт-Петербург

 

Оптические характеристики прозрачных сред тесно связаны с внутренним строением вещества среды. Взаимодействие световой волны с веществом (явления дисперсии и молекулярной рефракции) позволяют связать макроскопические характеристики вещества с размерами его молекул. Из курса оптики известна формула Лоренца:

где — показатель преломления;

— молярная масса;

— плотность вещества;

— молекулярная рефракция.

Опытные данные свидетельствуют о том, что молекулярная рефракция для прозрачных жидкостей в 4 раза больше, чем поправка в уравнении Ван-дер-Ваальса для другого фазового состояния вещества — газообразного. Уравнение состояния реального газа имеет вид:

(2.2)

где P – давление газа;

— поправка на межмолекулярное взаимодействие;

— поправка на собственный размер молекул.

При фазовом переходе от жидкой фазы к газообразной изменяется среднее расстояние между молекулами, но не размеры самих молекул. Если считать молекулы шариками с некоторым эффективным средним радиусом , то оказывается, что равна учетверенному объему молекул в моле вещества, т. е:

(2.3)

где — число Авогадро.

Таким образом:

(2.4)

Для оценки эффективного радиуса молекул справедлива формула:

(2.5)

Порядок выполнения работы

Табл. 2.1.

1. На рефрактометр наносится капелька воды, а затем спирта и определяются соответствующие показатели преломления n. Затем по формуле (2.1) вычисляется молекулярная рефракция , а затем по формуле (2.5) — эффективный радиус молекул Экспериментальные данные и результаты расчетов заносятся в табл. 2.1.

 

Параметр
	998,2
	0,018	0,046
	1,358	1,389
	0,01058948306	0,01322953943
	2,9482493 × 10^(−13)	3,059679× 10^(−13)

 

=0,21959625031м

=0,23650931038м

 

= =

=2,9482493 × 10^(−13)м

= =

=3,059679 × 10^(−13)м

 

2. При фазовом переходе от жидкой фазы к газообразной изменяется среднее расстояние между молекулами, но не размеры самих молекул. Этот факт позволяет по измеренным значениям радиусов молекул рассчитать среднюю длину свободного пробега , среднюю скорость хаотического движения молекул и коэффициент диффузии D молекул водяного пара и спирта.

Расчет выполняется по формулам:

= =1,0038031 × 10^(−26)

= =9,3201997 × 10^(−27)

 

= = =

= =20,9366635671

 

= *1,0038031 × 10^(−26)* 20,9366635671=7,0054293 × 10^(−26)

= *9,3201997 × 10^(−27)* 20,9366635671=6,5044628 × 10^(−26)

где — постоянная Больцмана;

— термодинамическая температура, взять 293К;

— атмосферное давление, взять 103075Па;

Вычисление производится для значений давления и температуры, соответствующих условиям проведенного опыта.

3. Расчет погрешностей в данной работе не производится, поскольку определение величин производится по оценочным (приблизительным) формулам.