17. Обработка результатов измерения

1. Для каждого измерения определить по формуле (4.5) значение коэффициента Пуассона .Найти среднее значение <>.

2. Оценить погрешность результатов измерения.

18. Контрольные вопросы

1. Что такое изопроцессы и каким законам они подчиняются? Нарисуйте графики этих процессов.

2. Сформулируйте 1 закон термодинамики. Запишите этот закон для изобарного, изохорного, изотермического и адиабатного процессов.

3. Дайте определение удельной и молярной теплоёмкости. В каких единицах СИ они измеряются?

4. В чем особенности теплоёмкости газа? Выведите формулу для молярных теплоёмкостей идеального газа.

5. Дайте определение числа степеней свободы молекулы. Чему равна величина i для 1-, 2-, 3- и многоатомных идеальных газов?

6. Какой процесс называется адиабатным? Выведите уравнение Пуассона.

7. Рассчитайте теоретическое значение показателя адиабаты для 1-, 2- и 3- атомного идеального газа.

8. В чем заключается метод Клемана и Дезорма для определения ?

9. Опишите рабочий цикл экспериментальной установки по Р-V диаграмме.

10. Выведите расчетную формулу для определения .

11. Как и почему изменяется температура газа в сосуде при проведении опыта?

Работа Б-1. Определение коэффициента внутреннего трения жидкости по методу Стокса

Цель работы

Определить коэффициент внутреннего трения (вязкость) жидкости по методу Стокса.

1. Приборы и принадлежности:

1. Стеклянный цилиндр с исследуемой жидкостью.

2. Масштабная линейка.

3. Секундомер.

4. Металлические шарики.

5. Микрометр.

19. Краткая теория.

Вязкость, или внутреннее трение – это явление возникновения силы трения между слоями жидкости или газа, перемещающимися параллельно друг другу с разными по величине скоростями.

Чтобы понять происхождение силы внутреннего трения, рассмотрим два соприкасающихся слоя жидкости (газа) А и В некоторой малой толщины dz каждый (рис.1). Слои движутся в одну сторону с различными по величине скоростями и (пусть  ). Каждая молекула жидкости участвует в двух движениях: хаотическом, средняя скорость которого , и направленном движении со скоростью , которая по величине намного меньше, чем . За счет хаотического движения молекулы из слоя в слой переносят разные импульсы: из слоя А в слой В, из слоя В в слой А. Если  , то слой А замедляется, а слой В ускоряется, и через некоторое время направленные скорости слоев выравниваются. Таким образом явление вязкости относится к явлениям переноса и также, как и диффузия и теплопроводность, обусловлено молекулярным механизмом – хаотическим движением и перемешиванием молекул. В явлении вязкости между слоями жидкости возникают силы внутреннего трения, направленные по касательной к поверхности слоев. Направление, в котором отсчитывается расстояние между слоями (ось ), перпендикулярно скорости движения слоев. В этом же направлении изменяется и величина скорости направленного движения слоев. Изменение величины этой скорости на единице расстояния называется градиентом величины скорости: .

И мпульс , переданный одному слою другим, тем больший, чем больше выбрана площадь переноса импульса соприкасающихся слоев, время переноса импульса и изменение величины скорости между слоями, то есть, чем больше :

. (1)

Коэффициент пропорциональности называют коэффициентом внутреннего трения или коэффициентом вязкости, или просто динамическая вязкость жидкости (газа). Знак «минус» указывает, что импульс переносится в направлении слоя с меньшей скоростью.

Выражение (1) перепишем как

, (2)

которое называется эмпирическим уравнением вязкости или уравнением Ньютона.

Величина называется плотностью потока импульса и показывает величину импульса переносимого из одного слоя в другой за единицу времени через единичную площадку перпендикулярно этой площадке.

Согласно второму закону Ньютона , в данном случае - сила трения между слоями жидкости (газа). Тогда уравнение (2) перепишется

. (3)

Коэффициент вязкости

. (4)

Из последнего выражения (4) следует физический смысл коэффициента вязкости : коэффициент вязкости численно равен силе трения, возникающей между двумя слоями жидкости (газа) вдоль поверхности их соприкосновения на единицу площади ( ) при градиенте величины скорости направленного движения слоев равном единице ( ).

В формулах (3) и (4) знак «минус» перед правой частью нельзя писать, так как сила трения представляет одинаковый модуль двух противоположно направленных сил, с которыми слои действуют друг на друга согласно третьему закону Ньютона.

Исходя из молекулярно–кинетической теории газов коэффициент вязкости

(5)

где - средняя длина свободного пробега молекул, - средняя скорость теплового (хаотического) движения молекул, - плотность газа.

Из формул (4) и (5) определяется единица измерения в СИ коэффициента вязкости:

(паскаль-секунда).