5. К оценке погрешностей

Главным источником погрешности является малое число измерений смещений броуновской частицы (малый объем выборки случайной величины). Относительная погрешность измерений среднего квадрата смещения может быть оценена по формуле

,

где n– число измерений смещений.

6. Для получения зачета необходимо:

Представить отчет по стандартной форме

Уметь отвечать на вопросы типа:

1. Как приготовлять эмульсию для наблюдения броуновских частиц;

2. Как получать резкое изображение броуновских частиц на экране монитора;

3. Как определить цену деления сетки на экране монитора;

4. Как определить увеличение микроскопа;

5. Как оценивать размеры частиц;

6. Как чертить графики зависимости смещения от времени и среднего квадрата смещения от времени;

7. Как оценивать координаты частиц;

8. Как найти доверительный интервал для среднего квадрата смещения броуновской частицы при различном числе измерений;

9. Как изменится картина броуновского движения при увеличении температуры;

10. Как изменится картина броуновского движения, если водную эмульсию заменить эмульсией на глицерине.

Лабораторная работа №2. Измерение коэффициента диффузии паров в воздухе

1. Цель работы

Познакомиться с явлением диффузии паров жидкостей в воздухе. Научиться измерять коэффициенты диффузии паров в воздухе.

2. Вопросы, знание которых обязательно для допуска к выполнению

1. В чем заключается явление диффузии?

2. Дать определение плотности диффузионного потока.

3. Записать уравнение Фика.

4. Получить выражение для коэффициента диффузии из уравнения переноса

3. Сведения из теории

Если примесь одного вещества распределена в другом неравномерно, то есть концентрация молекул примеси в разных местах различна, то хаотическое движение молекул примеси приводит к постепенному переносу примеси из мест с большей концентрацией в места с меньшей концентрацией и в итоге – к постепенному выравниваю концентраций. Это явление переноса вещества называется диффузией. Количественно оно описывается уравнением Фика.

где - плотность диффузионного потока,- коэффициент диффузии,- плотность примеси. Знак «минус» указывает на то, что диффузионный поток направлен в сторону уменьшения концентрации.

Принцип измерения коэффициента диффузии пара в воздухе

В данной работе наблюдают диффузию паров испаряющейся жидкости от ее поверхности сквозь воздушный столбик, находящийся внутри стеклянного капилляра, и открытому концу капилляра (рис.1а). При этом плотность пара у поверхности жидкости достигает плотности насыщенного пара данного испаряющегося вещества при соответствующей температуре (см. табл.1 в конце работы). У открытого конца капилляра плотностьравна его плотности в окружающем комнатном воздухе, в случае опытов со спиртом, эфиром и т.п. ее можно принять равной нулю, т.к. в обычных условиях воздух их не содержит, а в случае водяного пара ее можно найти, определив относительную влажность. Для этого надо относительную влажностьв комнате умножить на плотность насыщенного водяного пара при комнатной температуре

.

Разделив разность плотностей пара изучаемого вещества у открытого конца капилляра и у поверхности жидкости на длину воздушного столбика в капилляре, найдем градиент концентрации паров, диффундирующих в воздушном столбике капилляра:

Для определения коэффициента диффузии в воздухе изучаемых паров нужно его найти плотность диффузионного потока массы. Очевидно, что при установившемся потоке диффузии, масса пара , продиффундировало за времячерез любое сечение капилляра, равна массе исправившегося за это время жидкости.

При испарении жидкости ее граница с паром за время переместиться влево на расстояние, причем(рис. 1б).

Рис.1

Его можно измерить с помощью микроскопа. Зная плотность жидкости , можно найти и массу испарившейся жидкости за время, где- площадь сечения капилляра. Определим теперь плотность потока диффундирующих паров:

Подставляя найденные [Введите цитату из документа или краткое описание интересного события. Надпись можно поместить в любое место документа. Для изменения форматирования надписи, содержащей броские цитаты, используйте вкладку "Работа с надписями".]

плотность диффузионного потока массы пара и градиент концентрации пара в уравнение Фика, можно вычислить коэффициент диффузии: