Голубизна неба, красный закат как отражение оптических свойств коллоидных систем.

Известно, что если луч света проходит через большую толщу среды, светорассеяние заметно себя проявляет. Так, луч солнечного света, проходящий через большую толщу атмосферы, рассеивается, что и определяет освещенность неба и его голубой цвет, связанный с преимущественным рассеянием коротковолновой голубой части спектра. Когда солнце находится в зените, «белый» луч относительно мало обедняется лучами голубой части спектра, и поэтому мы не замечаем слегка красноватого оттенка прямых солнечных лучей. На закате солнца лучи света проходят через слой атмосферы, больший в несколько десятков раз. Поэтому «белый» луч заметно обедняется голубой частью спектра и приобретает красную окраску.

73. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов.

Броуновское движение. В 1827 г. английский ботаник Р. Броун заметил, что частицы цветочной пыльцы, взвешенные в воде, находящиеся в поле зрения микроскопа, непрерывно двигаются по сложным траекториям, не оставаясь ни на мгновение в покое. Только в 1905 г. А. Эйнштейн на основе законов статистической механики дал точную количественную теорию броуновского движения. Известно, что фундаментальные исследования Л. Больцмана, заложившие основу статистической физики, отвергались многими крупнейшими физиками того времени. Теория броуновского движения, созданная Эйнштейном, подтвержденная экспериментально, продемонстрировала полную достоверность основных положений Л. Больцмана. Не меньшую роль здесь сыграли теоретические исследования М. Смолуховского, которые отличались от работ А. Эйнштейна лишь несколько меньшей строгостью, но были более наглядны. В ходе теоретических исследований диффузии взвешенных в жидкости шаров малой величины (модель глобулярных коллоидных частиц) А. Эйнштейн вывел формулу ,

где D – коэффициент диффузии; r – радиус частицы; N – число Авогадро;  – коэффициент вязкости дисперсионной среды. Как видно из формулы, коэффициент диффузии зависит от Т, вязкости и размеров частицы. Коллоидная частица перемещается в результате столкновений и постоянно меняет направление и скорость. Она претерпевает в воздухе 1016столкновений в секунду, а в воде – 1020. По расчетам Смолуховского, она при этом приобретает скорость порядка 102‑104см/сек.

Соединяя прямыми линиями положение частицы в поле наблюдения через определенные, но равные промежутки времени, мы получим проекцию сдвига частицы (рис. 2.1). Каждый отрезок этой ломаной есть проекция сдвига частицы за время наблюдения.

Для расчета величины сдвига за время  используют средне-квадратичную величину смещения (сдвига) х2:

, (2.2)

где х1, х2, хn– отдельные наблюдаемые смещения частицы, n – число смещений.

А. Эйнштейном получена формула, связывающая коэффициент диффузии со среднеквадратичной величиной сдвига:

. (2.3)

Сопоставим (2.1) и (2.3) и получим:

. (2.4)

И далее:

. (2.5)

Формула (2.5) позволяет определить число Авогадро по результатам измерения частных значений величин сдвига, коэффициента вязкости и размера частиц. Формулы А. Эйнштейна были подтверждены Ж. Перреном и его учениками Они наблюдали за движением частиц с помощью микроскопа и регистрировали их положения через равные промежутки времени. Подставив полученные значения в формулу (2.5), они получили величину N, близкую к действительной.

Он, кроме того, подверг экспериментальной проверке формулу (2.4), исследовав величину сдвига частиц в коллоидных растворах золота с частицами величиной r, равной 27 и 52 нм, и подтвердил ее.

Формула (2.1) также была подвергнута экспериментальной проверке. Так, при постоянной температуре изменяли вязкость дисперсионной среды. В этом случае величина сдвига

,

где – величина постоянная.

74. Описание механизма броуновского движения как основы молекулярно-кинетической теории строения вещества.

В 1827 г. английский ботаник Р. Броун заметил, что частицы цветочной пыльцы, взвешенные в воде, находящиеся в поле зрения микроскопа, непрерывно двигаются по сложным траекториям, не оставаясь ни на мгновение в покое. Только в 1905 г. А. Эйнштейн на основе законов статистической механики дал точную количественную теорию броуновского движения. Известно, что фундаментальные исследования Л. Больцмана, заложившие основу статистической физики, отвергались многими крупнейшими физиками того времени. Теория броуновского движения, созданная Эйнштейном, подтвержденная экспериментально, продемонстрировала полную достоверность основных положений Л. Больцмана. Не меньшую роль здесь сыграли теоретические исследования М. Смолуховского, которые отличались от работ А. Эйнштейна лишь несколько меньшей строгостью, но были более наглядны. В ходе теоретических исследований диффузии взвешенных в жидкости шаров малой величины (модель глобулярных коллоидных частиц) А. Эйнштейн вывел формулу ,

где D – коэффициент диффузии; r – радиус частицы; N – число Авогадро;  – коэффициент вязкости дисперсионной среды. Как видно из формулы, коэффициент диффузии зависит от Т, вязкости и размеров частицы. Коллоидная частица перемещается в результате столкновений и постоянно меняет направление и скорость. Она претерпевает в воздухе 1016столкновений в секунду, а в воде – 1020. По расчетам Смолуховского, она при этом приобретает скорость порядка 102‑104см/сек.