Ауа молекуласыныҢ еркін жол ҰзындыҒын жӘне эффективті диаметрін аныҚтау

 

ҚАЖЕТТІ ҚҰРАЛ-ЖАБДЫҚТАР: қондырғы, секундомер, өлшеуіш стакан, таразылар, термометр, барометр.

 

2.1.1 ҚЫСҚАША ТЕОРИЯЛЫҚ КІРІСПЕ

 

Молекула-кинетикалық теория атомдардың не молекулалардың қозғалыс сипаттары мен (орташа арифметикалық жылдамдық, еркін жол ұзындығы, соқтығысу саны, кинетикалық энергия, эффективті диаметр) газдың микроскоптық параметрлерін байланыстырады.

Идеал газдың эффективті диаметрі үшін соқтығысу кезіндегі екі молекуланың центрлерінің ең жақын келе алатын қашықтығын алады (2.1.1-сурет).

2.1.1 - сурет

 

Бұл қашықтық соқтығысу молекулалардың жылдамдығына, яғни газдың температурасына байланысты болады.

Тетелес келген екі соқтығысу арасындағы молекулалардың жүрген жолын молекуланың еркін жол ұзындығы деп атайды.

Еркін жол ұзыныдығының орташа арифметикалық жылдамдыққа қатынасы еркін жол уақыты де

(2.1.1)

ал кері шамасы

(2.1.2)

бір өлшем уақыттағы соқтығысу саны делінеді.

Орташа арифметикалық жылдамдық Максвеллдің молекулалардың жылдамдықтар бойынша үлестіру заңымен анықталады

(2.1.3)

мұндағы - газдың бір молекуласының массасы; - Больцман тұрақтысы, ; - мольдік масса; - Авогадро саны.

Еркін жол ұзындығының молекула концентрациясымен байланысы

(2.1.4)

мұндағы - молекулалар концентрациясы (бір өлшем көлемдегі молекулалар саны).

Молекулалар арқылы диффузия процесінде – масса, жылу өткізгіште – энергия, ішкі үйкелісте – импульс тасымалданады.

Осы жұмыста ішкі үйкеліс (тұтқырлық) құбылысы пайдаланылады. Тұтқырлық коэффициенті

(2.1.5)

болады, мұндағы - газ тығыздығы.

 

2.1.2 ӨЛШЕУ ӘДІСІНІҢ ТЕОРИЯСЫ

 

Пуазейль бойынша

(2.1.6)

Мұндағы ұзындығы - , радиусы - түтік бойынша уақыт ішінде өтетін ауа көлемі; - түтік ұштарындағы қысымдар айырмасы.

(2.1.5), (2.1.6) өрнектерін (2.1.3) өрнегін ескере отырып салыстырсақ

(2.1.7)

өрнегін аламыз.

Қысымдар айырмасын стационарлық ағыста былай анықтаймыз: гидростатикалық қысым

өрнегімен анықталатындықтан, стационарлық ағыста капилляр түтік ұштарындағы қысымдар айырмасы

.

Капилляр түтік арқылы уақыт ішінде өтетін ауаның көлемі ыдыс ішінен аққан су көлеміне тең болады.

Молекуланың еркін жол ұзындығы

(2.1.8)

(2.1.4) өрнектен молекуланың эффективті диаметрі

болады.

М.К.Т. –ның теңдеуінен молекулалардың концентрациясы

(2.1.9)

Ендеше

(2.1.10)

болады.

 

2.1.3 ҚОНДЫРҒЫНЫҢ ҚҰРЫЛЫСЫ ЖӘНЕ ЖҰМЫСТЫҢ ОРЫНДАУ ТӘРТІБІ

 

Еркін жол ұзындығын және ауа молекуласының эффективті диаметрін анықтайтын қондырғы капилляр түтігі бар ыдыстан тұрады (2.1.2-сурет.)

Егер 3-шүмекті ашсақ, онда ыдыстан 4-

стаканға су үздіксіз ағады, бұдан соң

ыдыстағы қысым атмосфералық қысымнан төмен болғанда – тамшылап ағады. Бұл

жағдайда капилляр түтік арқылы ауаның

стационарлық ағысы пайда болады.

1- капилляр, 2-ыдыс, 3-шүмек, 4-стакан.

 

 

2.1.2-сурет.

 

1. Ыдыстың бөлігіне су құйып капилляр түтігі бар тығын тығындаймыз. Шүмек астына стакан қоямыз.

2. Шүмекті ашамыз. Ыдыстан су тамшылайтындай болғанша күте

тұрамыз. Тамшылай бастағанда - деңгейді байқап, шүмек астына мензурканы қойып, секундомерді іске қосамыз.

3. Мензурка - дейін толғанда шүмекті жауып, секундомерді

тоқтатып, - деңгейді анықтаймыз.

4. Тәжірибені 3 рет қайталаймыз.

5. (2.1.8), (2.1.10) өрнектер арқылы , анықталады.

6. Алынған мәліметтерді 1-кестеге толтырамыз.

7. Өлшеу нәтижелерін өңдеп, абсолюттік және салыстырмалық қателіктерін анықтау керек.

 

1-кесте

 

2.1.4 БАҚЫЛАУ СҰРАҚТАРЫ

 

1. Молекуланың эффективті диаметрі деп нені түсінеміз?

2. Молекулалардың орташа еркін жол ұзындығы деген не?

3. Газ молекуласының орташа арифметикалық жылдамдығы қандай?

4. Орташа еркін жол ұзындығының изохоралық, изотермиялық

процестердегі қысымға байланыстылық графиктері қандай болады?

5. Идеал газ молекуласының орташа еркін жол ұзындығының

изохоралық, изобаралық процестердегі температураға байланыстылығының графигін көрсетіңіз.

6. Сутегі молекуласының еркін жол ұзындығын ,

болғанда анықтаңыз.

7. - де еркін жол ұзындығы болғанда азот

молекулаларының қысымы қандай болады?

8. Егер сутегі молекуласының еркін жол ұзындығы болса,

тығыздығы қандай болады?

9. Қалыпты жағдайда оттегі молекулаларының ішіндегі соқтығысу саны қандай болады?

10. Изохоралық процестегі идеал газдың уақыт ішіндегі соқтығысу санының қысымға байланыстылығын анықтау керек.