2018年9月19日 星期三

沈降實驗與布朗運動

在液體中的顆粒,會因為其質量的不同,而有不同的沉降速度。

今天在科學研究社中,我們分成五組,各自取了不同比例的碎石頭、細沙、泥土,裝入罐子之後,再裝入清水,使水裝入之後的液面高度約為8分滿,蓋上上蓋之後,充分的搖動,使其中的水、碎石頭、細沙及泥土等,充分混合在一起,在靜置於桌面,我們發現,首先沈降到罐子底部的是顆粒較大的石頭,接著是細沙,之後更細的泥土與水混成混濁的泥水,大約要等到20分鐘之後,才可以看到逐漸變清的液體出現,也就是說這些泥土的沈降速度非常的慢。

為什麼會有這些現象發生?

其實這些與布朗運動有相當的關係,我們也可以透過這個實驗了解為什麼PM2.5的細懸浮微粒會有非常長的沈降時間,甚至是幾乎不會沈降的隨風逐流。

簡單的說,在氣體或是液體當中,因為分子的自由移動與碰撞,使得空氣中或是水中的其他分子都會被撞擊到,質量大的物體,幾乎不受撞擊的影響,因此不會改變運動的方式,但是體積越小、質量越小的物體,被撞擊之後就會朝著被撞擊的方向移動,這就是布朗運動,所以當粉塵顆粒太小、或是泥沙的顆粒太小,他們就會受到氣體分子或是液體分子的碰撞,而不斷的改變方向,因此難以沈降。

觀察空氣中的布朗運動,我們可以在陽光下,拿一塊乾布,輕輕拍一下,就會有許多的灰塵揚起,仔細觀察這些灰塵的運動軌跡,我們就可以感受的氣體分子的撞擊力道了。








布朗運動示意圖摘自維基百科


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