Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ФИЗИКИ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ, СРЕДНЕЙ ДЛИНЫ СВОБОДНОГО ПРОБЕГА И ЭФФЕКТИВНОГО ДИАМЕТРА МОЛЕКУЛ ВОЗДУХА.
по разделу “Механика молекулярная физика и термодинамика”
КУРСК 1998
Составители: Доцент ВМ Фатьянов
УДК 6817872
Излагаются методические рекомендации по выполнению лабораторной работы № 22
Предназначена для дистанционного обучения студентов всех специальностей
Ил2. Библиогр3 назв
Рецензент Доцент АИ Шумаков
Компьютерный вариант для дистанционного обучения подготовлен
Доцентами ВА Зрайченко и АА Чернышовой
Лабораторная работа N22
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ, СРЕДНЕЙ ДЛИНЫ СВОБОДНОГО ПРОБЕГА И ЭФФЕКТИВНОГО ДИАМЕТРА МОЛЕКУЛ ВОЗДУХА.
Цель работы: определение коэффициента вязкости, средней длины свободного пробега и эффективного диаметра молекул воздуха с помощью измерений давления, температуры и объема воздуха, протекшего через капилляр.
Оборудование: сосуд с краном и капилляром, мензурка, стакан, секундомер (часы), термометр, барометр.
Между двумя слоями газа (жидкости) площадью S, движущимися с различными скоростями, действует сила вязкого трения
(1)
где - градиент скорости, характеризующий быстроту изменения скорости в направлении, перпендикулярном к направлению движения слоев;
- коэффициент вязкости, равный силе внутреннего трения, действующей на единицу площади поверхности слоя при градиенте скорости, равном единице.
Данное трение обусловлено обменом молекулами между слоями, в результате чего ускоряется медленно движущийся и замедляется быстро движущийся слой.
Кинетическая теория газов дает следующее выражение коэффициента вязкости:
(2),
где - плотность газа;
- средняя длина свободного пробега молекул;
- средняя арифметическая скорость движения молекул.
. (3)
В формуле (3) R = 831 Дж/мольK – универсальная газовая постоянная;
- молярная масса газа;
T – температура газа.
Плотность газа определяется из уравнения Менделеева-Клапейрона:
, (4)
где P- давление газа.
Из уравнения (2) с учетом выражений (3) и (4)
. (5)
Средняя длина пробега молекул связана с эффективным диаметром "d" и концентрацией молекул "n" соотношением:
(6)
. (7)
Из выражения (6) с учетом (7):
(8)
Используя приведенные закономерности (3), (5) и (8) можно определить среднюю арифметическую скорость и эффективный диаметр молекул, измерив температуру, давление и коэффициент вязкости.
Коэффициент вязкости можно рассчитать, используя формулу Пуазейля для объема "V "газа, протекшего через капилляр радиусом "r" и длиной ""за время при разности давлений на концах капилляра:
; (9)
. (10)
Определение коэффициента вязкости сводится к измерению перепада давлений и объема газа, протекающего за время через капилляр известных размеров. Эти измерения выполняются с помощью специальной установки.
Установка (рис.2) для определения коэффициента вязкости состоит из сосуда 1, пробки с капилляром 2, крана 3, шкалы 4, мензурки 5. В сосуд налита вода. При закрытом кране давление воздуха в сосуде равно атмосферному. Если открыть кран, вода начинает истекать: сначала струйкой, а затем – каплями. Капельное истечение происходит при условии, когда сумма давлений воды и воздуха внутри сосуда равна атмосферному, т. е.
где - плотность воды;
- высота столба воды воды в сосуде;
- давление воздуха внутри сосуда;
g - ускорение свободного падения.
Разность значений на концах капилляра при этом составляет:
. (12)
По мере истечения воды высота заданного столбы убывает. За разность давлений принимают среднюю разность в начале h 1 и в конце опыта h 2 :
(13)
Коэффициент вязкости
(14)
Объем V воды, истекающий капельно, измеряют мензуркой, высоту водяного столба определяют по шкале 4.
Порядок выполнения работы
61 по формуле (3) среднюю скорость движения молекул
62 по формуле (13) разность давлений на концах капилляра
63 по формуле (14) коэффициент вязкости
64 по формуле (5) среднюю длину свободного пробега
65и по формуле (8) эффективный диаметр молекул воздуха d
7 Расчет выполнить отдельно для каждого опыта.
8Вычислить среднее значение величин, указанных в п. 6 и рассчитать их абсолютную и относительную погрешность этих величин как для прямых измерений.
9Результаты измерений и расчетов занести в таблицу. Форму таблицы разработать самостоятельно.
10Сравнить вычисленные значения величин с табличными для кислорода и азота. Сделать вывод.
Контрольные вопросы
Библиографический список