Броуновское движение

Тип работы:
Лабораторная работа
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

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

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

1

520

441

0

0

0

0

0

0

0

0

0

2

559

446

1546

0

0

0

0

0

0

0

0

3

573

451

221

2909

0

0

0

0

0

0

0

4

558

437

421

82

1460

0

0

0

0

0

0

5

472

435

7400

10 457

7690

2340

0

0

0

0

0

6

501

478

2690

4930

5913

4388

1730

0

0

0

0

7

558

496

3573

11 117

3481

2250

2501

4469

0

0

0

8

541

450

2405

2384

4986

458

1025

340

522

0

0

9

548

463

218

1189

2434

6560

776

769

410

1268

0

10

566

494

1285

2561

68

4481

12 317

3313

1898

2353

4925

11

636

465

5741

7748

9250

7045

18 394

27 796

6868

4165

6290

12

589

476

2330

853

1850

2980

1361

7748

15 370

2482

881

13

607

484

388

1202

1781

3922

5512

2545

11 272

20 626

4610

14

585

475

565

17

2701

722

1513

2561

1170

7065

14 369

15

624

444

2482

1889

2249

585

5864

6137

6925

7060

16 285

16

642

467

853

3313

1514

2890

40

6505

8852

10 490

7897

17

618

482

801

1480

1138

125

877

613

2848

5261

6953

18

611

466

305

962

653

757

340

584

626

2809

3978

19

668

440

3925

4264

1405

1952

8114

5657

7537

1649

13 320

20

694

435

701

7850

7985

3728

4981

13 481

9970

12 706

4264

21

654

388

3809

2900

7933

10 132

6385

4036

12 330

11 425

11 969

22

611

354

3005

13 450

10 645

12 544

16 433

13 730

8269

15 317

16 916

23

604

349

74

4021

15 496

12 377

13 738

17 885

15 368

9425

16 237

24

590

376

925

925

4240

14 297

10 180

8541

12 020

10 985

5780

25

533

378

3253

5882

6660

14 741

29 170

22 069

13 828

18 041

19 802

26

507

378

676

6893

10 250

11 392

21 709

38 218

29 765

18 560

23 137

27

497

371

149

1345

8674

11 933

13 285

24 938

42 905

34 002

22 021

28

532

356

1450

1109

485

3764

5233

6245

15 908

32 485

25 552

29

537

371

250

1600

949

65

2834

4973

5765

13 978

28 745

30

531

373

40

290

1160

601

29

3490

5905

6761

15 354

31

471

365

3664

4392

3802

712

1465

4013

14 282

17 945

19 721

32

512

358

1730

586

794

404

394

425

841

6408

8545

33

511

381

530

1856

464

776

1066

296

25

493

6266

34

467

374

1985

2281

97

4097

4909

4549

909

1616

4372

35

496

356

1165

850

260

706

1514

1906

1296

226

605

36

534

370

1640

4505

650

628

3994

18

10

200

1370

37

510

372

580

452

1853

82

200

1570

442

730

740

38

476

398

1832

4148

2164

657

1514

2896

1114

3650

4450

39

546

380

5224

1360

244

3076

6277

1226

1640

5850

274

40

537

382

85

3977

829

153

2357

4964

677

1201

4645

41

548

380

125

4

5508

1508

296

3280

6597

1370

1780

42

530

340

1924

1813

1856

6280

1424

916

1412

5125

2042

43

542

348

208

1060

1181

1040

6856

1600

548

2180

6301

44

535

350

53

125

1069

1028

1021

5785

1109

401

1557

45

517

387

1693

2146

2378

1010

425

890

1802

274

578

46

489

452

5009

12 520

13 625

14 225

8665

7204

8433

3085

6841

47

477

461

225

7076

15 685

16 994

17 450

11 602

9841

11 322

3970

48

470

445

305

410

5573

13 250

14 593

14 625

10 309

8458

10 001

49

490

443

404

493

82

3865

10 674

11 729

12 209

7333

5930

50

520

446

909

2501

2074

997

3490

9441

10 088

11 336

5140

51

536

429

545

2312

4612

4505

2738

2125

6242

6597

7957

52

530

397

1060

2501

3716

5904

6905

4706

269

2234

2545

53

521

393

97

1521

2810

3461

5305

6560

4505

52

2045

54

495

364

1517

2314

5906

7349

6266

7186

9733

7780

1013

55

489

334

936

4505

5650

11 234

13 505

11 882

12 682

16 273

13 924

56

493

331

25

1093

4628

5725

11 453

13 954

12 553

13 525

17 156

57

447

311

2516

2293

5113

12 200

14 285

21 845

23 554

19 273

18 485

58

459

335

720

1172

901

2137

7208

8885

14 765

16 042

12 625

59

470

341

157

1429

629

410

1154

5305

6736

12 100

13 525

60

514

384

3785

5426

9818

3250

3125

761

130

425

2509

61

502

367

433

1700

2873

6161

1377

1258

58

1037

1684

62

486

332

1481

3488

337

738

1962

50

13

1105

4946

63

510

329

585

1508

3041

1744

2637

4293

293

466

1450

64

544

270

4637

7208

11 173

13 896

10 517

11 450

11 090

6322

7121

65

532

274

160

3509

5480

9549

12 424

8333

9050

8594

4770

66

508

241

1665

2137

7748

8765

15 912

20 485

11 444

11 237

8621

67

524

253

400

505

689

5972

7685

13 480

17 261

10 660

10 949

68

524

237

256

272

1433

1489

8660

10 469

17 384

21 709

13 732

69

555

232

986

1402

2290

2293

1565

11 434

14 761

21 034

24 785

70

542

248

425

445

349

1205

776

488

7585

10 192

15 761

71

505

230

1693

2504

410

890

130

2665

3121

9826

10 765

72

519

236

232

673

1312

26

314

146

1613

1781

8730

73

499

179

3649

2637

6610

5945

3989

6101

3925

10 114

10 306

74

484

161

549

6850

5202

10 933

10 082

7376

10 064

6976

15 073

75

529

190

2866

1021

2216

2176

3533

2440

2234

3994

3042

76

511

233

2173

5913

3060

73

45

1186

1937

185

569

77

509

224

85

1556

4594

2125

244

52

1665

2180

394

78

503

223

37

164

1765

4205

1952

425

53

2146

2785

79

489

251

980

1129

808

5321

8125

5284

1125

697

2818

80

508

250

362

754

677

298

4041

8497

5122

317

409

81

504

254

32

234

962

925

490

4721

9049

5650

549

82

556

272

3028

2788

4930

5210

4513

3546

7453

17 505

11 898

83

563

262

149

3545

3169

5597

5121

4360

3545

6340

16 442

84

556

241

490

961

2873

2385

4589

3133

2498

2089

3330

85

548

235

100

954

1433

2297

1825

3737

2169

1642

1373

86

572

228

625

425

1237

2192

5300

4580

7418

4786

3985

87

575

244

265

810

370

468

1145

5141

4525

7445

5625

88

572

211

1098

289

1152

1156

2682

3977

6473

5617

8489

89

586

198

365

2237

1096

2813

2749

4625

6376

9860

8788

90

594

186

208

1109

3725

2248

4517

4469

6737

8840

12 724

91

550

236

4436

2740

1109

689

548

5

61

845

1332

92

541

240

97

5725

3789

1802

1172

1105

74

226

968

93

535

242

40

261

6617

4537

2330

1604

1565

218

442

94

550

234

289

117

4

4240

2592

1013

725

520

5

95

579

205

1682

3305

2669

1802

586

98

85

1537

578

96

569

193

244

2042

3557

2993

2210

674

314

333

2637

97

573

196

25

117

1973

3560

2960

2129

541

173

226

Ср. зн.

--

--

1329

2616

3400

4056

5012

5810

6088

6563

7055

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. 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.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой