Logo
Logo

Капиллярная диффузия

Намокший картон является проводником электрического тока. Если его посолить, то его электрическое сопротивление заметно падает. Вам предстоит по измерениям зависимости силы тока от времени изучить процесс диффузии соли в мокром картоне.

Внимание!

Эксперимент по изучению диффузии длится не менее 20 минут – планируйте свое время! Измерения следует проводить с шагом в 20-30 секунд.

Вам выдано только две полоски, поэтому каждый из экспериментов может быть проведен только 1 раз – планируйте порядок выполнения работы!

Рассчитывать погрешности в данной работе не требуется!

Рис. 1

Во всех частях задания вам необходимо измерять силы тока, протекающего вдоль полоски картона.
Для подключения этой полоски используйте канцелярские скрепки. Закрепляйте их на концах полоски. Следите, чтобы они были крепко прижаты к картону. При измерениях картонную полоску размещайте в тарелке. После каждой серии экспериментов с солью промывайте и протирайте тарелку, следите, чтобы ни соль, ни вода в тарелке не оставались.

Солить картонную полоску следует с неокрашенной стороны.

Часть A. Поперек (4.3 балла)

A1 Изобразите электрическую схему, позволяющую измерять силу тока, протекающего вдоль полоски.

Хорошо намочите полоску картона длиной $20~см$ в чистой воде. Для этого можете налить воду в тарелку и погрузить в нее полоску. Время намокания должно быть не менее 2-3 минут. После намокания полоску картона можно промокнуть салфеткой. Скрепки подсоединяйте к намокшему картону.

A2 Оцените время после подключения к источнику тока, в течение которого значение силы тока перестает резко изменяться (стабилизируется). Укажите значение силы этого тока. Рассчитайте сопротивление единицы длины влажной картонной полоски.

A3 Хорошо посолите полоску по всей длине. Измерьте зависимость силы тока от времени. Рассчитайте сопротивление единицы длины влажной и соленой картонной полоски в начальный момент времени.

A4 Лианеризуйте зависимость и постройте ее график. Используя экспериментальные данные, выделите временной диапазон, в котором указанная модель применима. Ответ обоснуйте.

В простейшей модели диффузии полагают, что расстояние $x$, на которое смещаются диффундирующие частицы (в данном случае – ионы соли) связано со временем приближенным уравнением \begin{equation} x^2 = 2Dt \tag{1}\end{equation}где $D$ – коэффициент диффузии.

A5 Оцените коэффициент диффузии соли в картоне.

Часть B. Вдоль (3.7 балла)

Используйте вторую полоску. Хорошо намочите ее, подключите к ней контакты, положите ее на дно тарелки и почти полностью закройте ее скотчем, но так, чтобы на середине полоски оставалась небольшая щель шириной около $2~мм$.

Рис. 2

B1 Измерьте силу тока $I_0$, протекающего через полоску, после ее закрепления на дне.

B2 Полностью засыпьте щель солью. Измерьте зависимость силы тока через полоску от времени. В процессе измерений ни воду, ни соль не добавляйте.

B3 Лианеризуйте зависимость и постройте ее график. Выделите диапазон времени, в пределах которого применима простейшая модель диффузии, описываемая уравнением $(1)$. Ответ обоснуйте.

Оборудование

  1. Источник тока (батарейка $9~В$)
  2. Мультиметр
  3. Соединительные провода
  4. Канцелярских скрепки
  5. Две полоски картона
  6. Тарелка одноразовая
  7. Стакан
  8. Чайная ложка
  9. Секундомер
  10. Линейка
  11. Вода
  12. Соль кухонная
  13. Скотч
  14. Салфетки бумажные (не показаны на фотографии)
  15. Ножницы