Устройство для наблюдения броуновского движения Советский патент 1993 года по МПК G09B23/06 

ел

С

Назначение: изобретение относится к приборам и моделям для изучения физики и может быть использовано в учебном эксперименте средних школ и ВУЗов. Цель изобретения,- расширение дидактических воз- можностей, повышение убедительности и наглядности опытов по изучению броуновского движения путем регулирования параметров явления в ходе эксперимента. Сущность изобретения: устройство состоит из пластмассового корпуса, катушек Гельм- гольца, подвижной пластмассовой вставки с плоскопараллельной кюветой; гнезд, расположенных на наружной стенке вставки. Введение в устройство катушек Гельмгольца и .использование магнитной жидкости позволит обеспечить наглядность зависимости броуновского движения от размеров частиц. 2 ил.

Изобретение относится к приборам и моделям для изучения физики и может быть использовано в учебном эксперименте средних школ и ВУЗов.

Традиционно для наблюдения броуновского движения используют прозрачную плоскую кювету, образованную предметным и покровным стеклами микроскопа, заполненную эмульсией или золем, частицы дисперсной фазы, в которых и являются броуновскими, наблюдаемыми в микроскоп.

Известно устройство для наблюдения броуновских частиц золя гумигута в воде, состоящее из предметного и покровного стекол микроскопа, края которых залиты парафином для предотвращения высыхания препарата.

Изучение явления броуновского движения с применением этого устройства ограничено возможностью только наблюдения

движения броуновских частиц под действием теплового движения молекул. При этом часто учащиеся ввиду того, что движение молекул не видимо в оптический микроскоп склонны объяснять движение броуновских частиц другими причинами. Известное устройство не позволяет в ходе эксперимента изменять размеры частиц и убедительно доказать зависимость интенсивности броуновского движения от размеров частиц. Известное устройство не позволяет демонстрировать учащимся зависимость кинетической энергии молекул от температуры.

Указанные недостатки ограничивают дидактические возможности эксперимента, снижающего убедительность и наглядность, что отрицательно сказывается на эффективности восприятия учащимися одного из основных положений молекулярно-кинетической теории.

VI sO VI

Ј

ю

Целью изобретения является расширение дидактических возможностей, повышение убедительности и наглядности опытов по изучению броуновского движения путем регулирования параметров явления в ходе .эксперимента,.

Указанная цель достигается тем, что в известное устройство состоящее из двух плоскопараллельных прозрачных плоскостей, образующих кювету, согласно предлагаемому изобретению вводится устройство для создания магнитного поля (катушки Гельмгольца) и нагреватель.

Указанная цель достигается тем, что вместо эмульсии краски или гумигута вводится эмульсия магнитной жидкости в воде. Эти новые признаки обеспечивают возможность регулирования магнитным полем раз- меров броуновских частиц в ходе эксперимента, благодаря чему становится наглядной зависимость интенсивности бро уновского движения от размеров частиц (наблюдение распада агрегатов частиц в магнитном поле при нагревании препарата, когда кинетическая энергия молекул воды становится больше энергии диполь-диполь- ного взаимодействия намагничивающихся броуновских частиц, наблюдение диффузии частиц.

Из фиг,1 и 2 представлено устройство в двух проекциях. .;

Устройство состоит из пластмассового корпуса 1, в торцах которого расположены катушки Гельмгольца 2, создающие в центре однородное магнитное поле; подвижной пластмассовой вставки с плоскопараллельной кюветой 4, гнезд 5, расположенных на наружной стенке вставки 4 и предназначенных для включения электродвигателя 9 в цепь питания, между гнездами 5 находится ручка 6 для перемещения подвижной вставки. В корпусе устройства вдоль оси перпендикулярной оси катушек Гельмгольца 2 имеются отверстия 7 и 8. Отверстие 7 предназначено для свободного перемещения объектива микроскопа в области верхней плоскости кюветы 4, отверстие 8 - для освещения препарата. Гнёзда 10 предназначены для включения катушек Гельмгольца в цепь источника тока. Одна из модификаций устройства представлена на рис.3.

Устройство работает следующим образом. .

Устройство располагают на горизонталь-: ном предметном столике микроскопа так, чтобы оптическая ось его проходила через центр отверстия 7. Выдвинув подвижную вставку 3, заполняют кювету 4 эмульсией магнитной жидкости. Гнезда 5 и 10 устройства подключают гибкими проводниками к

выходу источников постоянного тока типа В-4-12 или ИПД (Питание катушек Гельмгольца и нагревателя автономны). Ч.ерез отверстия 8 освещают кювету с препаратом.

Освещение может быть осуществлено как отраженным светом, так и прямым от осветителя.

П р и м ер 1. Наблюдение броуновского движения капель магнитной жидкости при

0 комнатной температуре.

Настраивают микроскоп на четкое изображение капель магнитной жидкости в проходящем свете. Наблюдают интенсивное броуновское движение капель.

5 П р им ер 2. Наблюдение зависимости интенсивности броуновского движения от размеров частиц.

Через катушки Гельмгольца пропускают ток и, увеличивая его до 10-20 Ма, созда0 ют в области нахождения препарата однородное магнитное поле 5-10 Э, под действием которого капли магнитной жидкости объединяются в 2-4-частичные агре- . гаты. В поле зрения микроскопа видны

5 малые (однокапельные) и большие (многокапельные) броуновские частицы. Интенсив- . ность движения последних значительно уменьшена. Увеличивая ток в катушках, наблюдают дальнейшее укрупнение броунов0 ских частиц и ослабление их колебаний. В поле порядка 40-60 Э все частицы агрегированы, броуновское движение отсутствует. Цепочные агрегаты занимают все поле зрения. Включив источник тока, учащиеся на5 блюдают распад агрегатов под действием теплового движения молекул,

П р и м е р 3. Наблюдение зависимости броуновского движения от температуры. Зависимость интенсивности броуновского

0 движения от температуры наблюдают по распаду 2-4-частичных агрегатов при нагревании препарата. Для создания 2-4-частичных агрегатов пропускают ток через катушки Гельмгольца. Затем включают нагре5 ватель й наблюдают, как при нагревании происходит распад агрегатов под действием ударов молекул, кинетическая энергия, движения которых возрастают. При комнатной температуре тепловая энергия движе0 ния молекул меньше энергии магнитного взаимодействия магнитных диполей. При нагревании препарата тепловая энергия Движения молекул возрастает, а при превышении ею энергии диполь-дипольного при5 тяжения капель агрегат распадается. Если отключить нагреватель, то при охлаждении препарата постепенно под действием магнитного поля частицы вновь станут объединяться, образуя агрегаты. Температура распада 2-4-частичных агрегатов 30-40°С,

П р и м е р 4.. Наблюдение диффузии капель магнитной жидкости.

Для наблюдения капель магнитной жидкости в окуляр микроскопа помещают окулярную сетку, делящую поле зрения на квадраты. Заметить перемещение постоянно движущихся капель довольно трудно, поэтому вначале наблюдения включают ток в катушках, агрегируют все капли, в результате чего образуются крупные образования, не участвующие в броуновском движении. Замечают расположение одного из агрегатов в определенном квадрате поля зрения,

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

. Устройство для наблюдения броуновского движения, состоящее из двух плоскопараллельных прозрачных плоскостей, образующих кювету, заполненную исследуемой жидкостью, от л и ч а ю ще ее я тем, что, с целью расширения дидактических

выключают ток и наблюдают разбегание капель магнитной жидкости по всем направлениям. Через некоторое время распределение броуновских частиц в поле зрения становится изотропным, что является подтверждением равновероятностного перемещения частиц под действием теплового движения молекул.

Использование устройства позволит обеспечить наглядное наблюдение зависимости интенсивности броуновского движения от размеров частиц и температуры,

возможностей, повышения убедительности и наглядности опытов по изучению броуновского движения путем регулирования параметров явления в ходе эксперимента, устройство содержит катушки Гельмгольца, нагреватель, а в качестве исследуемой жидкости - эмульсию магнитной жидкости в воде.