Теоретичні відомості та опис установки

 

Щоб знайти довжину вільного пробігу молекули газу через безпосередньо вимірювані величини, скористаємося формулою, що виражає залежність коефіцієнта внутрішнього тертя (в’язкості) від середньої довжини вільного пробігу і середньої арифметичної швидкості молекул :

(8.1)

де – густина газу.

Визначивши звідси довжину вільного пробігу і величину , з рівняння Менделеєва-Клапейрона знайдемо:

або

(8.2)

Коефіцієнт в’язкості газів можна знайти, скориставшись формулою Пуазейля, що виражає через безпосередньо вимірювані параметри газового потоку в капілярі:

(8.3)

де – об’єм газу, що пройшов через трубку за час ; – різниця тисків на кінці трубки; , – відповідно радіус і довжина капіляра.

Підставивши (8.3) у (8.2), знайдемо:

(8.4)

де

Ефективний діаметр молекули можна визначити, користуючись формулою:

(8.5)

Замінивши у (8.5) виразом

дістанемо формулу для ефективного діаметра молекул:

(8.6)

де , – відповідно температура і тиск, при яких проходить дослід і значення яких беруть з показів барометра і термометра, що є в лабораторії; , – відповідно тиск і температура за нормальних умов; – число Лошмідта; – середнє значення з п’яти визначених за формулою (8.4).

 

Рис. 8.1.

 

Установка (рис. 8.1) складається з капіляра 1, балона з водою 2, шкали для визначення об’єму рідини, що витікає, 3, крана 4 та водяного манометра 5.

 

Порядок виконання роботи

 

1. Балон 2 заповнити водою дещо вище поділки 0 на шкалі 3.

2. Щільно закрити його пробкою, в яку вмонтовано капіляр 1 і вивід на манометр 5.

3. Відкрити кран 4 і, дочекавшись миті, коли рівень поверхні води досягне мітки 0, ввімкнути секундомір і зафіксувати за допомогою водяного манометра 5 перепад тиску на кінцях капіляра в мм.вод.ст.

4. Коли поверхня води досягне мітки 50 мм (або іншого значення, заданого викладачем), вимкнути секундомір і знову зафіксувати перепад тиску на кінцях капіляра.

5. За даними вимірів знайти час витікання вказаного об’єму води та середній перепад тиску

6. Такі виміри проробити кілька разів (за вказівкою викладача).

7. Виразити всі результати вимірів в СІ ( – в Па, – в м ³, – в с) і занести їх до таблиці.

 

 

№	, с	, м 3	, Па	, м	, м
Ср.

 

8. За формулами (8.4) та (8.6) обчислити середню довжину вільного пробігу та ефективний діаметр молекули .

9. Знайти для них найбільш імовірні значення і і абсолютні та кінцеві похибки і .

10. Кінцевий результат записати у вигляді:

Параметри установки: , довжина капіляра , радіус капіляра .

 

Контрольні запитання

1. Що таке ефективний діаметр молекул газу?
2. Виведіть формулу (8.5).
3. Поясніть суть явищ переносу та молекулярні явища, якими вони зумовлені.
4. Явище дифузії. Закон Фіка.
5. Внутрішнє тертя газів. Методи визначення в’язкості.
6. Теплопровідність. Математичне описання явища теплопровідності.
7. Визначте коефіцієнт дифузії, теплопровідності і в’язкості азоту за нормальних умов.

 

[1, с. 404 – 407; 4, с. 125 – 127]

 

Варіант
Задача	5.115	5.120	5.121	5.122	5.124	5.125	5.128	5.116	5.117	5.126

 

Лабораторна робота №9

ВИЗНАЧЕННЯ ВІДНОШЕННЯ ТЕПЛОЄМНОСТЕЙ ПОВІТРЯ ПРИ СТАЛИХ ТИСКУ І ОБ’ЄМІ

 

Мета роботи – навчитися визначати параметри теплообміну при різних газових процесах.

Прилади і обладнання: скляний балон з рідинним манометром і електромагнітним клапаном, повітряний насос, затискач.