A Rayleigh-féle olajcseppkísérlet az olajmolekulák méretének meghatározására alkalmas kísérlet. Ennek a módszernek a segítségével Lord Rayleigh elsőként tudta megadni egy molekula méretét.Rayleigh L. Measurements of the amount of oil necessary in order to check the motions of camphor upon water. Proc. R. Soc. Lond. 1890;47:364–367. A kísérlet lényege Egy edényben lévő tiszta víz felületére kis kámfor darabkákat dobnak. Az oldásnál fellépő lokális felületi feszültség változások miatt a darabkák ide-oda táncolnak a víz felszínén. Ahol bármiféle szennyeződés, például olajcsepp megváltoztatja a relatív felületi feszültségviszonyt, ott a kámfordarabkák nem mozognak, nyugalomban maradnak. Az úgynevezett Rayleigh-féle olajcseppkísérletben azt használják ki, hogy a vízre öntött olaj szétterül, és egyenletes vastagságú vékony hártyát alkot a felületen. Egyre kisebb és kisebb olajcseppet cseppentve a tiszta víz felszínére, egyre vékonyabb és vékonyabb olajfilm hozható létre. Egy bizonyos méretűnél kisebb csepp esetén azonban már nem elég az olaj mennyisége, hogy beterítse az edényben a teljes vízfelszínt, így a szétterülő olaj kör alakú foltot képez, melyen kívül lesznek olajtól mentes területek, és ott a kámfordarabkák újra mozogni kezdenek.
A kísérletben azt a „legkisebb” olajmennyiséget kell meghatározni, melynél nem marad szabad vízfelszín, azaz nem mozognak a kámfordarabkák. A lehető legkisebb vastagságú, azaz egyetlen olajmolekulányi réteget („monomolekuláris réteget”) tartalmazó egyenletes olajfilm létrehozásához szükséges olajcsepp tömegét megmérve, a vízfelszín területét és az olaj sűrűségét ismerve ki lehet számítani az olajhártya vastagságát.Erdős Lajos: Az atomok világában, Középiskolai Matematikai és Fizikai Lapok I.évf. 2.sz
Az olajcsepp m tömegének és sűrűségének ismeretében kifejezhető a térfogata: .
Ez az egyetlen csepp hozza létre a kör keresztmetszetű R sugarú edényben szétterülő, h magasságú, henger alakú olajfilmréteget,
aminek térfogata: .
Mivel: .
Az olajfilm vastagságára: adódik.
A kísérletben Rayleigh által használt edény átmérője 84 cm, a vízfelszínt beborító legkisebb olajcsepp tömege mérése szerint 0,81 mg volt. Olívaolajat használt; melynek fő alkotórésze a glicerin, sűrűségét 0,9 g/ml-nek véve az egy molekularétegnyi olajfilm vastagságára, azaz egy molekula méretére 1,6 nm-t kapott.
Hivatkozások
További információk Estimating the size of an atom (with a bath and a drop of oil) Measurements of Monolayer Thickness
Kategória:Fizikai kísérletek