Лабораторная работа
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
| № | Координаты | 
| |||||||||
| x | y | при t=t1 | при t=2 t1 | при t=3 t1 | при t=4 t1 | при t=5 t1 | при t=6 t1 | при t=7 t1 | при t=8 t1 | при t=9 t1 | |
| Ср.зн. | - | - |
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 <https://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.