Определение концентрации молекул газа и их числа в помещении

Цель: определение концентрации молекул газа и их числа в объеме комнаты.

Теоретическое обоснование

Молекулярно-кинетическая теория изучает строение и свойства тел на основе молекулярного  строения.

Основные положения МКТ и их опытное обоснование.

1. Все вещества (тела) состоят из микрочастиц - молекул, атомов или ионов.

2. Микрочастицы находятся в непрерывном движении.

3. Микрочастицы взаимодействуют друг с другом. Между частицами существуют силы притяжения и отталкивания.

Существование микрочастиц - молекул, атомов и ионов подтверждается непосредственным наблюдением в электронных микроскопах, растворимостью твердых тел в жидкостях, механическим дроблением твердых тел, сжимаемостью и проницаемостью веществ.

Непрерывность движения микрочастиц подтверждается диффузией, броуновским движением, способностью газов неограниченно расширятся и занимать весь предоставленный объем.

О взаимодействии микрочастиц позволяют утверждать прочность и упругость веществ, способность жидкостей смачивать некоторые твердые тела, поверхностное натяжение жидкостей и др.

Масса и размеры атомов и молекул.

Молярная масса - физическая величина, равная отношению массы вещества  к количеству вещества.

где M -  молярная масса, m - масса вещества, ν - количество вещества.

Молярная масса численно равна массе одного моля вещества.

Единица измерения молярной массы - кг/моль.

где N_a = 6,022·10²³ моль^-1   - постоянная Авогадро,

N- число частиц системы, m₀ - масса одной молекулы (для веществ атомарного строения - масса атома).

Масса молекулы  равна отношению массы всего вещества к количеству молекул  в веществе или отношению молярной массы к постоянной Авогадро.

Единица измерения массы молекулы  - кг.

Средняя масса молекул 10^-23 - 10 ^-26 кг. Например, масса молекулы воды - 3·10^-26 кг.

Порядок выполнения работы

1. Измерьте температуру воздуха t(°C) в помещении.

2. Выразите ее по шкале Кельвина (Т, К)

3. Измерьте атмосферное давление (р_атм, Па) по баро­метру

4. Вычислите концентрацию молекул газа n, выразив ее из основного уравнения МКТ:

р = пkТ, где k — постоянная Больцмана.

5. Измерьте длину l (м), ширину b (м) и высоту h (м) помещения и вычислите объем V.

6. Вычислите число молекул N воздуха в помещении: N = nV

7. Вычислите массу воздуха в помещении (молярная масса воздуха 29г/моль)

Изучение капиллярных явлений, обусловленных поверхностным натяжением жидкости

Цель работы: измерить средний диаметр капилляров.

Оборудование, средства измерения: 1) сосуд с подкрашенной водой, 2) полоска фильтровальной бумаги размером 120*10 мм, 3) полоска хлопчатобумажной ткани размером 120*10 мм, 4)линейка измерительная.

Теоретическое обоснование

Смачивающая жидкость втягивается внутрь капилляра. Подъём жидкости в капилляре происходит до тех пор, пока результирующая сила, действующая на жидкость вверх,F_в не уравновесится силой тяжести mg столба жидкости высотой h:

F_в = mg

По третьему закону Ньютона сила F_в, действующая на жидкость, равна силе поверхностного натяжения F_пов, действующей на стенку капилляра по линии соприкосновения ее с жидкостью:

F_в = F_пов (1)

Таким образом, при равновесии жидкости в капилляре

F_пов= mg

Будем считать, что мениск имеет форму полусферы, радиус которой r равен радиусу капилляра. Длина контура, ограничивающего поверхность жидкости, равна длине окружности:

l= 2πr

Тогда сила поверхностного натяжения равна:

F_пов= σ2πr (2)

где σ - поверхностное натяжение жидкости.

Масса столба жидкости объемом V= πr²h равна:

m=ρV= ρ πr²hg (3)

Подставляя выражение (2) для F_пов и массы (3) в условие равновесия жидкости в капилляре, получим σ2πr= ρ πr²hg

откуда диаметр капилляра

D=2r= (4)

Порядок выполнения работы

1. Полосками фильтровальной бумаги и хлопчатобумажной ткани одновременно прикоснитесь к поверхности подкрашенной воды в стакане (рис. 2), наблюдая поднятие воды в полосках.

2. Как только прекратится подъем воды, полоски выньте и измерьте линейкой высоты h₁ и h₂ поднятия в них воды:

3. Абсолютные погрешности измерения Δh₁, и Δh₂ принимают равными удвоенной цене деления линейки.

4. Рассчитайте диаметр капилляров по формуле (4).

Для воды

σ ± Δσ = (7,3 ± 0,05∙10^-2) Н/м

D₁= =

D₂= =

5. Рассчитайте абсолютные погрешности ΔD₁ и ΔD₂, при косвенном измерении диаметра капилляров.

ΔD₁ = D_{1 +} )

ΔD₂ = D_{2 +} )

Погрешностями Δg и Δр можно пренебречь.

6. Окончательный результат измерения диаметра капилляров представьте в виде

D₁ ±ΔD₁

D₂ ± ΔD₂