3. Описание и работа установки

Рис. 4

Работа выполняется с помощью капиллярного вискозиметра, изображенного на рис. 4.

Воздух, нагнетаемый микрокомпрессором МК, попадает в баллон Б, где сглаживаются пульсации давления. Далее воздух проходит через ротаметр Р, который измеряет расход газа, т. е., объем воздуха, проходящего по трубке в единицу времени. Ротаметр представляет собой стеклянную трубку, внутренний канал которой расширяется кверху. Внутри канала находится металлический шарик. При прохождении воздуха через ротаметр шарик поднимается, причем тем выше, чем больше скорость воздушного потока. Следовательно, по высоте подъема шарика можно судить о скорости и расходе воздуха. Затем воздух идет через капилляр Кп, разность давления на концах которого измеряется манометром М. Измерив расход воздуха V/t, разность давления на концах капилляра р, зная длину капилляра l и его радиус R, можно по формуле (6) рассчитать коэффициент вязкости.

Устройство манометра также показано на рис. 4. На основании укреплен герметический сосуд со спиртом, на верхней крышке которого находятся отверстие с пробкой (1) для заливки, регулятор нулевого положения мениска (2), служащий для подгонки мениска* спирта в измерительной трубке (3) к нулевой риске шкалы, и трехходовой кран КР₂.

*Мениск (от греч. мeniskos — полумесяц) — искривленная поверхность жидкости внутри узкой трубки (капилляра) или между твердыми стенками.

Трехходовой кран имеет три штуцера ( +, -, 4) и отверстие (0) для соединения с атмосферой. Штуцер (+) соединен резиновой трубкой с тем концом капилляра, у которого давление больше, а штуцер (-) — с другим концом, где давление меньше. Штуцер (4) соединен с верхним (правым) концом измерительной трубки. Нижний (левый) ее конец соединен с резервуаром через его дно. Для изменения наклона трубки ее можно поворачивать вокруг оси, проходящей через нулевую отметку шкалы, нанесенной на трубке. Угол наклона трубки можно менять с помощью фиксатора (5) и дуги (6).

При равенстве давления на концах капилляра, оно будет одинаковым и над поверхностями спирта в резервуаре и трубке. В этом случае спирт устанавливается в трубке на нулевом делении. Когда же, например, у правого конца капилляра давление больше, чем у левого, тогда спирт будет переходить из резервуара в трубку и подниматься по ней до тех пор, пока гидростатическое давление в трубке не сравняется с разностью давления на концах капилляра.

Для того чтобы можно было производить отсчеты более точно, стеклянная трубка устанавливается не вертикально, а наклонно. С уменьшением угла наклона трубки уменьшается цена деления шкалы и, следовательно, возрастает точность измерений.

4. Порядок выполнения работы

1. Установить стеклянную трубку (3) под таким углом, при котором фиксатор (5) входит в отверстие дуги (6), имеющее обозначение К 0,2.

2. Кран Кр₂ поставить в положение (+) (крайнее по часовой стрелке). Манометр готов к измерениям.

3. Закрыть кран Кр₁ (горизонтальное положение рукоятки) и включить микрокомпрессор тумблером Т.

4. Осторожно открывая кран Кр₁, установить шарик в ротаметре на 4-е деление. При этом расход воздуха V/t будет равен 4 л/ч. Отсчитать по манометру разность давления на концах капилляра Р. Умножив полученный отсчет на коэффициенты 0,2, учитывающий наклон стеклянной трубки (3), и 9,81 для перевода давления, выраженного в миллиметрах водяного столба в единицы давления СИ, получим давление в Па.

5. Измерить также разность давления, устанавливая расход воздуха 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 л/ч. Увеличивая расход воздуха краном Кр₁, необходимо строго следить, чтобы спирт, поднимаясь по измерительной трубке, не достиг ее верхнего конца и не попал в резиновую трубку.

6. Выключить микрокомпрессор.

7. Операции 3 - 6 выполнить 3 раза.

8. Из трех значений р определить среднее значение для каждого значения расхода воздуха.

9. Рассчитать коэффициент вязкости для указанных в пункте 5 значений расхода воздуха и построить график зависимости  от расхода воздуха (V/Δt). При расчете расход воздуха необходимо выразить в м³/с, при построении графика – в л/ч. По полученному графику объяснить зависимость коэффициента вязкости от расхода воздуха.

10. Найти среднее значение  из тех значений, которые находятся на горизонтальном участке графика.

11. По лабораторному барометру и термометру измерить атмосферное давление р и температуру Т в лаборатории.

12. Определить среднюю длину свободного пробега молекул и эффективный диаметр молекул воздуха , пользуясь при этом средним значением , найденным в пункте 10. Все данные и результаты измерений занести в таблицу.

Таблица

N п/п	V/t (л/ч)	Разность давления P(Па)					Среднее , Па  с
		1	2	3	Среднее давление	, Па с
1 2 3 4

Примечание. Значения физических величин вносятся в таблицу в тех единицах измерения, в которых они отсчитываются по прибору. Причем эти единицы указываются студентом в таблице.

Константы, параметры установки и результаты единичных измерений:

R= 8,32 Дж (моль К), k = 1,38 10^-23 Дж/К,  = 29 10^-3 кг/моль, 1 миллибар = 10² Па.

Примечание. При многократных расчетах по одной и той же формуле постоянная часть формулы рассчитывается один раз. В постоянную часть входят величины, не изменяющиеся от опыта к опыту, например, радиус капилляра, а также множители для перевода в нужную систему единиц измерения переменных величин, например 0,2 и 9,8 для разности давления р.

Подстановка числовых значений в расчетную формулу с размерностями или единицами измерения: , , .