Pho.rs: Хроматография

Условие

Edu

Рассчитывать погрешности в данной работе не требуется!

Хроматография – метод разделения веществ, основанный на разной скорости движения растворов в пористой среде. Широко используется в химическом анализе, но основан на физических принципах. В данной работе вам необходимо исследовать основы этого метода.

Внимание: намокание полосок фильтровальной бумаги происходит достаточно медленно – каждый эксперимент занимает 10-15 минут. Число выданных вам полосок также ограничено, поэтому тщательно планируйте свою работу по выполнению данного задания!

Карандашом нанесите на все выданные вам полоски фильтровальной бумаги шкалы с интервалом в $0.5~ см$, начиная от нанесенной цветной полосы.

Пробное задание. Знакомство с эффектом

Согните полоску с нанесенной черной полосой (и нанесенной вами шкалой) так, чтобы изгиб находился вблизи черной полосы. Поместите полоску на край стакана с водой ($№1$) так, чтобы короткий конец полоски был погружен в воду на глубину примерно равную $0.5~ см$. Вода начнет медленно двигаться по полоске. Когда она достигнет окрашенной нанесенной полосы и продолжит свое движение на полоске начнет появляться и смещаться окрашенная размытая сверху и достаточно резкая снизу окрашенная область. Пронаблюдайте этот эффект! В дальнейшем вам предстоит количественно исследовать движение края этой области, т.е. зависимость $x(t)$.

Рис. 1

Также как описано выше поместите полоску фильтровальной бумаги в стакан с раствором поваренной соли ($№2$). В этом случае нанесенная краска по прошествии некоторого времени разделяется на две окрашенных по разному широких цветных полосы (красную и синюю). Движение границ этих полос вам предстоит исследовать в части C.

Часть A. Движение вниз

Повторите описанный в «пробном задании» эксперимент (естественно используйте другую полоску бумаги) с проведением измерений.

A1 Измерьте зависимость координаты резкого края окрашенной области от времени $x_1(t)$. Постройте график полученной зависимости.

A2 Теоретически можно показать, что движение края окрашенной области в данном случае подчиняется закону «квадрат смещения пропорционален времени»:
\begin{equation}
x_1^2 = bt
\tag{1}\end{equation} На основании полученных экспериментальных данных проверьте выполнимость данного закона. Рассчитайте коэффициент пропорциональности $b$ в формуле $(1)$.

A3 Рассчитайте среднюю скорость движения края на каждом отрезке (между нанесенными вами полу сантиметровыми делениями). Постройте график зависимости скорости движения этого края от его координаты $v(x)$. Предложите простую формулу для примерного описания полученной зависимости $v(x)$. На бланке, где построена экспериментальная зависимость $v(x)$, постройте график предложенной вами теоретической зависимости.

Часть B. Движение вверх

Исследуйте движение границы окрашенной области вверх, когда полоска расположена вертикально (закрепите ее в лапке штатива). В этом эксперименте также используйте полоску с черной полосой.

Рис. 2

B1 Измерьте зависимость координаты резкого края окрашенной области от времени $x_2(t)$. Постройте график полученной зависимости.

B2 Рассчитайте среднюю скорость движения края на каждом отрезке (между нанесенными вами полу сантиметровыми делениями). Рассчитайте зависимость скорости движения этого края $v(x)$. Проверьте, выполняется ли найденная вами в п. A3 формула для зависимости скорости от координаты в этом случае.

Часть C. Кто быстрее?

В этой части используйте полоску фильтровальной бумаги с коричневой полосой. Полоску опускайте в стакан с раствором поваренной соли так, как описано в Пробном задании.

C1 Измерьте зависимости координат краев этих полос от времени. Постройте графики полученных зависимостей.

C2 Проверьте, можно ли считать скорости смещения краев окрашенных областей в любой момент времени пропорциональными друг другу.

Оборудование

Два стакана, один с чистой водой ($№1$), второй с раствором поваренной соли ($№2$)
Полоски фильтровальной бумаги с нанесенными цветными полосами
Штатив
Линейка
Секундомер
Простой карандаш