еоретична частина. Розділ 6.1.

абораторна 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.

 

	Рис.1

 

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:

еоретична 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)

Таблиці результатів вимірювань і розрахунків

аблиця 1

№	Δp, Па	t, с	V, см3	η, Па·с	Δη, Па·с
	вимір	вимір	вимір	розрах.	розрах.
	вимір	вимір	вимір	розрах.	розрах.
	вимір	вимір	вимір	розрах.	розрах.
сер.				розрах.	розрах.

аблиця 2

Т, К	ΔТ, К	р, Па	Δp, Па
вимір	0,5	вимір

 

Контрольні запитання

1. Записати і пояснити формулу для сили внутрішнього тертя у рідинах і газах.

2. Який фізичний зміст коефіцієнта в’язкості?

3. Вивести розмірність коефіцієнта в’язкості.

4. Записати і пояснити формулу Пуазейля.

5. Що називається середньою довжиною вільного пробігу молекул?

6. Вивести формулу для знаходження середньої довжини вільного пробігу молекул повітря.

 

 

Рекомендована література

1. Курс фізики / За редакцією І.Є.Лопатинського.

– Львів: Вид. «Бескид Біт», 2002.

2. Трофимова Т.И. Курс физики.– М.: Высшая школа, 1990.

3. Савельев И. В. Курс общей физики, т.1 –М.: Наука, 1982.