Номер 2, страница 6, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 1. Строение и свойства вещества. Тепловые явления. Параграф 1. Основы молекулярно-кинетической теории. Повторим изученное - номер 2, страница 6.

Условие.

• В чём состоит опыт Рэлея?

Решение.

В чём состоит опыт Рэлея?

Решение

Опыт Рэлея — это классический физический эксперимент, предложенный английским физиком лордом Рэлеем в 1890 году для оценки размеров молекул. Суть опыта заключается в следующем:

1. Идея эксперимента. В основе опыта лежит предположение, что некоторые вещества, нерастворимые в воде (например, оливковое масло или олеиновая кислота), при нанесении на её поверхность растекаются, образуя очень тонкий слой. Рэлей предположил, что растекание прекращается, когда толщина этого слоя становится равной размеру одной молекулы. Такой слой называется мономолекулярным (или монослоем).

2. Проведение опыта.

• В широкий неглубокий сосуд (кювету) наливают чистую воду. Чтобы сделать границы масляного пятна видимыми, поверхность воды посыпают тонким слоем лёгкого порошка, например, талька или спор плауна (ликоподия).
• Готовят каплю масла, объем которой $\text{V}$ известен. Для получения очень малого объема масла часто используют его раствор в летучем растворителе (например, в спирте или эфире) с известной концентрацией. Каплю такого раствора помещают на поверхность воды. Растворитель быстро испаряется, оставляя на воде только чистое масло.
• Масло начинает растекаться по поверхности, раздвигая частицы порошка. Образуется пятно, которое обычно имеет форму, близкую к кругу. Растекание останавливается, когда образуется мономолекулярный слой.
• После прекращения растекания измеряют диаметр $\text{D}$ получившегося масляного пятна.

3. Расчеты.

Считается, что масляное пятно представляет собой очень тонкий цилиндр, высота которого $\text{d}$ равна диаметру одной молекулы, а площадь основания $\text{S}$ равна площади пятна.

Объем этого цилиндра равен объему исходной капли масла:

$V = S \cdot d$

Площадь круглого пятна вычисляется по формуле:

$S = \pi \cdot R^2 = \pi \cdot (\frac{D}{2})^2 = \frac{\pi D^2}{4}$

где $\text{R}$ — радиус пятна, а $\text{D}$ — его диаметр.

Подставив выражение для площади в первую формулу, получим:

$V = \frac{\pi D^2}{4} \cdot d$

Из этой формулы можно выразить искомую величину — диаметр молекулы $\text{d}$:

$d = \frac{4V}{\pi D^2}$

Таким образом, измерив две макроскопические величины (объем капли и диаметр пятна), можно получить оценку размера молекулы — величины микромира.

Ответ: Опыт Рэлея заключается в определении размера молекулы путем измерения площади мономолекулярного слоя, который образует капля масла известного объема при растекании по поверхности воды. Диаметр молекулы $\text{d}$ рассчитывается как отношение объема масла $\text{V}$ к площади образовавшегося пятна $\text{S}$ по формуле $d = V/S$.