1. Определение верхней границы размера молекулы

Лабораторная работа №1.
Определение верхней границы размера молекулы.
Повторить: §6, §7. Физика-7.
Цель работы: Оценить по порядку величины диаметр молекулы масла.
Приборы и материалы: подкрашенная вода, чистая кювета, масло, пипетка, мензурка, прозрачная пленка, бумага с миллиметровыми делениями.
Описание работы
Прямое наблюдение атомов и молекул и определение их размеров стали доступными только в XX веке. Один из первых опытов, посвященный измерению размеров молекулы, был опыт Релея. Именно этот опыт и требуется
повторить в работе.
Самим исследователем опыт проводился следующим образом: большой
круглый таз диаметром 82 см был хорошо вымыт и заполнен водой. На поверхности воды поместили заранее взвешенную каплю масла, и наблюдали,
как она растекается и закрывает всю поверхность. Затем опять взяли чистую
воду и каплю меньшего размера, затем еще меньшего, пока не дошли до такой капли, которая уже не могла закрыть всю поверхность. Это означало, что
капля растеклась до предела и толщина образовавшейся пленки стала равна
диаметру молекулы.
Толщину пленки определяли делением ее объема (объема капли, помещенной на воду) на площадь пленки. В опыте Релея объем капли определяли по
ее массе и плотности масла, но в нашем опыте мы будем делать это иначе. С
помощью пипетки наполним мензурку маслом так, чтобы можно было бы
измерить объемV по шкале мензурки. Зная количество капель N в мензурке и
общий объем, можно определить объем одной капли: капли =
.
Наибольшую сложность вызывает определение площади поверхности масляного пятна, так как пятно имеет неправильную форму и его площадь сложно
измерить. Можно решить эту проблему следующим образом: наложим на
кювету прозрачную пленку и, глядя точно вертикально вниз, обведем на
пленке границы масляного пятна. Затем, используя миллиметровую бумагу,
определим простым подсчетом клеточек площадь получившегося в опыте
пятна.
Не следует ожидать, что в результате такого эксперимента мы сможем узнать
точное значение диаметра молекулы масла. С одной стороны, точность опыта
ограничена инструментальными ошибками приборов (мензурки), погрешностями при снятии показаний (измерении площади пятна). С другой стороны,
вычисления производятся в предположении, что масло растекается по поверхности воды мономолекулярным слоем, т.е. слоем, толщина которого
равна размеру одной молекулы, что, конечно, совсем не обязательно. Опытным путем можно установить, что холодная капля растекается пятном меньшей площади, чем подогретая. Поэтому, чтобы получить более точный результат, удобнее использовать теплое масло.
Порядок выполнения работы:
1. Определение объема одной капли: В мензурку капаем масло с помощью
пипетки, считая количество капель, до тех пор, пока не станет возможным
определить общий объем масла. Вычисляем объем одной капли.
2. Проведение опыта: В чистую кювету с водой капаем одну каплю теплого
масла, наблюдаем, как оно растекается по поверхности воды.
3. Вычисление толщины пленки: Наложим на кювету прозрачную пленку,
обведем по пленке границы масляного пятна. Совместим пленку с миллиметровой бумагой и подсчитаем площадь пятна (в мм2). Переведем полученный результат в систему СИ. Вычислим толщину масляного пятна.
4. Анализ полученных результатов: Оцените, насколько точно совпадает
полученный в опыте результат с известными размерами молекул. В выводе укажите причины ошибок.
Контрольные вопросы:
1. В опыте Релея в качестве исходных данных были определены объем
капли и площадь пленки: 0,0009 см3 (9.10-10м3) и 0,550 м2. Определите
по этим данным значение размера молекулы масла, полученное Релеем.
2. Предложите свою методику определения толщины масляного пятна и
объема капли.
3. Какие причины вызывают неточность результата при проведении данного опыта?
4. Почему горячее масло растекается более тонкой пленкой, чем холодное?