Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Методички по молек физике 1 курс - Преподаватели 1-го курса / ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ ВОЗДУХА

.doc
Скачиваний:
20
Добавлен:
24.05.2014
Размер:
750.59 Кб
Скачать

Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского

Кафедра экспериментальной физики

Лабораторная работа 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ ВОЗДУХА

Симферополь 2002

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ ВОЗДУХА

ОБОРУДОВАНИЕ:

капилляр, газометр, мерительный сосуд, секундомер, манометр.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ.

В данной работе коэффициент внутреннего трения (коэффициент вязкости) воздуха находится методом истечения через капилляр. Если течение воздуха по капилляру ламинарное и имеется полная смачиваемость внутренних стенок капилляра, то справедлив закон Пуазейля:

(1)

Здесь V – объем жидкости, протекающей в единицу времени через элемент длины капилляра dl, dP – разность давлений на концах элемента dl, r – радиус капилляра, η – коэффициент внутреннего трения воздуха.

Умножая (1) на плотность газа ρ внутри dl, получим:

(2)

где M = Vρ – масса воздуха, проходящего через сечение капилляра за единицу времени, Р – давление воздуха внутри элемента dl. Проинтегрируем левую часть (2) в пределах от нуля до l, где l – длина капилляра, а правую часть – в пределах от Р1 до Р22 > Р1 ), где Р1 и Р2 – давления на концах капилляра. Получим:

(3)

Величина М одинакова для любого сечения капилляра, поэтому ее можно вынести из-под интеграла. Величина ρ вследствие изотермичности процесса истечения одинакова для всех точек внутри капилляра, ρ/Р = const = ρ00, где ρ0, Р0 – плотность и давление воздуха в атмосфере. Учитывая это, получим в результате интегрирования:

(4)

По условиям опыта, Р1 и Р2 близки к атмосферному давлению Р0. Поэтому:

(5)

Подставляя (5) в (4) и учитывая, что объем массы М воздуха при атмосферном давлении равен V0 = М / ρ0, получим:

(6)

Если время истечения равно Δt, то объем ΔV = V0Δt прошедшего через капилляр воздуха равен:

(7)

Отсюда находим коэффициент внутреннего трения:

(8)

Формула (8) является рабочей формулой настоящей лабораторной работы.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ.

Установка для изменения η изображена на рис.1. При открытии крана К1 вода из газометра 2 выливается в мерительный сосуд 6, в газометре создается разрежение, и воздух через капилляр 1 поступает в газометр, предварительно пройдя осушку в сосуде 4, содержащем поглотитель влаги – силикагель. Таким образом, объем воздуха, поступившего в газометр через капилляр, равен объему вылившейся воды. Кран К2 служит для заполнения газометра водой через воронку 3 и в процессе опыта закрыт. Напротив, пробку сосуда 4 следует закрывать неплотно, чтобы воздух из атмосферы мог поступать в этот сосуд и из него в капилляр. Разность давлений на концах капилляра измеряется U – образным манометром 5.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ:

  1. Ознакомится с установкой.

  2. Наполнить газометр водой через воронку, после чего перекрыть кран К2

  3. Открыть кран К1 и через некоторое время Δt закрыть его. Измерить Δt, ΔР и ΔV. Опыт повторить три раза.

  4. По результатам каждого опыта вычислить величину η. Найти среднее значение ηср.

  5. Оценить погрешность измерения η.

Примечание: Для соблюдения ламинарности течения воздуха в капилляре величина Р не должна превышать 2 см водяного столба.

ВОПРОСЫ, КОТОРЫЕ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ ДЛЯ

ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

  1. Явления переноса в газах.

  2. Внутреннее трение.

  3. Коэффициент внутреннего трения, его зависимость от Р и Т.

ЛИТЕРАТУРА

1. А. К. Кикоин, И. К. Кикоин. Молекулярная физика.- М.: Наука, 1976г.

2