Лабораторна робота №23
 |
ВИЗНАЧЕННЯ
КОЕФІЦІЄНТА В’ЯЗКОСТІ ПОВІТРЯ
ТА CЕРЕДНЬОЇ ДОВЖИНИ
ВІЛЬНОГО ПРОБІГУ ЙОГО МОЛЕКУЛ
Мета роботи
Визначити коефіцієнт в’язкості повітря і середню довжину вільного пробігу молекул повітря.
Прилади і матеріали
Мікроманометр, секундомір, термометр, барометр, посудина з водою, капіляр, мензурка.
Опис вимірювального пристрою
Сполучені між собою мікроманометр М-м і посудина з водою П з’єднані з атмосферою тонкою скляною трубкою (капіляром) К.
 |
Якщо відкрити кран Кр, вода з посудини П витікатиме у мензурку М, об’єм повітря у посудині П зростатиме і тиск його стане нижчим за атмосферний. Внаслідок цього на кінцях капіляра К виникне певна різниця тисків, яку вимірюють мікроманометром М-м.
|
Виведення розрахункових формул
· для визначення коефіцієнта в’язкості повітря Використавши формулу Пуазейля:
, (1)
одержимо:
, (2)
де L i r - відповідно довжина і радіус капіляра;
Δp - різниця тисків на кінцях капіляра;
t - час проходження повітря через капіляр;
V - об’єм повітря, що пройшло через капіляр.
· для визначення середньої довжини вільного пробігу молекул повітря
Довжина вільного пробігу молекули – це шлях, який проходить молекула між двома послідовними зіткненнями з іншими молекулами. Для різних молекул ці довжини різні, але у випадку дуже великого числа молекул можна розглядати середню довжину вільного пробігу молекул – < 
>.
Коефіцієнт в’язкості повітря зв’язаний з густиною повітря 
, середньою довжиною вільного пробігу молекул < > і середньою арифметичою швидкістю молекул <u> співвідношенням:
<u>< >. (3)
З рівняння Менделеєва-Клапейрона густину повітря можна виразити як:
, (4) 
де μ – молярна маса повітря;
р і Т - атмосферний тиск і температура повітря;
R - універсальна газова стала
Врахувавши, що:
<u> = 
(5)
та підставивши (4) і (5) в (3), одержимо:
< > = 
< >. (6)
З (6) отримаємо:
< > = 
. (7)
При підготовці до виконання роботи використати:
Теоретична частина. Розділ 6.1.
Послідовність виконання роботи
1. Щільно закрити корком Кор посудину П.
2. Незначно відкрити кран Кр і після встановлення постійної різниці тисків на кінцях капіляра (стрілка манометра перестане відхилятися) виміряти 
p; результат записатив Таблицю 1.
Шкала манометра проградуйована в мм.вод.стовпа
тиск 1 мм.вод.ст. дорівнює 9,8 Па.
3. Залишаючи положення крану незмінним, ввімкнути секундомір і
визначити проміжок часу t витікання (30 - 40)см3 води. результат
записатив Таблицю 1.
4. Одночасно з вимкненням секундоміра закрити кран Кр, визначити об’єм води у мензурці і записати його у таблицю 1.
(Об’єм води, що витекла,дорівнює об’єму повітря V, яке
увійшло в посудину через капіляр.)
5. обережно відкрити корок і злити воду з мензурки у посудину П.
6. Дії, зазначені в пунктах 1 – 5, повторити тричі.
7. Визначити температуру повітря Т, атмосферний тиск p і
записати у таблицю 2.
8. Перевівши результати вимірювань всіх величин в одиниці СІ,
за формулою (2) розрахувати величину 
.
9. Використовуючи визначену в п.8 величину , за формулою (7)
розрахувати величину < >.
10. Визначити абсолютні та відносні похибки величин і < >.
радіус капіляра r = (0,33±0,005)10-3 м
довжина капіляра L = (250±0,5)10-3 м
молярна маса повітря μ = 29 · 10-3 кг/моль
універсальна газова стала R = 8, 31 Дж/(моль К)
