
- •Лабораторная работа №1. Броуновское движение
- •1. Цель работы
- •2. Вопросы, знание которых обязательно для допуска к выполнению работы
- •3. Сведения из теории
- •Описание установки
- •1) Настройка микроскопа и определение увеличения установки
- •2) Подготовка препарата с броуновскими частицами
- •3) Наблюдение броуновского движения
- •4. Задания по обработке результатов и указания к их выполнению.
- •5. К оценке погрешностей
- •6. Для получения зачета необходимо:
- •Лабораторная работа №2. Измерение коэффициента диффузии паров в воздухе
- •1. Цель работы
- •2. Вопросы, знание которых обязательно для допуска к выполнению
- •3. Сведения из теории
- •Принцип измерения коэффициента диффузии пара в воздухе
- •4. Практические задания
- •Порядок выполнения работы
- •5. Для получения зачета необходимо:
- •Методы определения коэффициента динамической вязкости жидких и газообразных веществ
- •4. Практические задания
- •4. Порядок выполнения работы
- •3. Сведения из теории
- •4. Порядок выполнения работы
- •5. Практические задания
- •6. Для получения зачета необходимо:
- •Лабораторная работа №6. Поверхностное натяжение
- •1. Цель работы
- •2. Вопросы, знание которых обязательно для допуска к выполнению
- •3. Сведения из теории
- •1) Метод отрыва кольца
- •2) Метод отрыва капель
- •3) Метод измерения по добавочному давлению Лапласа
- •4) Метод измерения , основанный на капиллярных явлениях.
- •4. Задания и порядок их выполнения
- •5. Для получения зачета необходимо:
- •Часть 2. Плавка метала.
- •4. Задания и порядок их выполнения.
- •5. Для получения зачета необходимо:
- •4. Экспериментальные задания
- •5. Для получения зачета необходимо:
4. Практические задания
Задание 1.Определить вязкость воздуха, используя установку, изображенную на рис.1.
Задание 2.Определить время релаксации давления и уточнить значения коэффициента вязкости воздуха.
5. Для получения зачета необходимо:
Уметь отвечать на вопросы типа:
– показать, как из кинетической теории следует феноменологический закон Ньютона;
– при использовании формулы Пуазейля измерение какой величины вносит большую погрешность в результат определения коэффициента вязкости?
– оценить величину коэффициента вязкости гелия при нормальных условиях.
Лабораторная работа №4. Измерение коэффициента вязкости жидкости
1. Цель работы
Познакомиться с явлением вязкого течения жидкостей. Экспериментально определить коэффициент вязкости глицерина; получить зависимость коэффициента вязкости глицерина от температуры.
2. Вопросы, знание которых обязательно для допуска к выполнению
1) Молекулярно-кинетический механизм вязкого движения в жидкости. Зависимость коэффициента вязкости жидкости от температуры (формула Френкеля).
2) Что называется коэффициентом вязкости?
3) Принцип измерения коэффициента вязкости вискозиметром Оствальда.
3. Сведения из теории
Молекулярно-кинетическое описание вязкости жидкости
При движении слоев
жидкости относительно друг друга между
слоями возникает сила
,
называемая силой внутреннего или вязкого
трения, обусловленного переносом
импульса направленного движения в
направлении, перпендикулярном этому
движению. Пусть для определенности слои
перпендикулярны оси
и движутся вдоль оси
.
Различие скоростей слоев, имеющих разную
координату
,
характеризуется градиентом скорости
.
Если слой имеет площадь
,
то на него действует сила трения
Оценим величину
коэффициента вязкости
,
исходя из молекулярно-кинетических
представлений о характере теплового
движения молекул в жидкости, обеспечивающего
перенос импульса.
На рис.1а изображены
три соседних слоя молекул жидкости, а
на рис.1б. представлена зависимость
потенциальной энергии молекул одного
ряда в потенциальном поле соседей от
координаты
.
Здесь
- глубина потенциальной ямы (или высота
потенциального барьера).
Как известно, в
неподвижной жидкости молекула, будучи
плотно окруженной соседями, совершает
большое число колебаний около положения
равновесия, прежде чем ей удается
перескочить в соседний слой. Частота
этих скачков
вдоль оси
равна:
Где
- частота попыток преодолеть потенциальный
барьер
,
- вероятность того, что попытка будет
успешной. Энергия
- это так называемая энергия активации,
т.е. минимальная энергия, необходимая
молекуле для преодоления сил взаимодействия
с ближайшим окружением и перескока в
новое положение равновесия.
|
Рис.1 |








Сила является
градиентом потенциальной энергии,
поэтому можно написать, что
.
Из рисунка 1а видно, что
,
следовательно,
или
,
частота скачков влево равна
Вправо
.
Перемещение
молекулы за 1 секунду в положительном
направлении оси
равно величине скачка
,
умноженной на разность числа скачков
вправо и влево. Перемещение молекулы
за одну секунду вправо равно скорости
относительного движения
.
Воспользуемся
разложением
в ряд:
.
Так как
,
можно написать, что
,
а
.
Таким образом,
скорость относительного движения
верхнего слоя
равна:
Подставим в
полученное выражение
,
и получим:
Итак, для вычисления коэффициента вязкости осталось подставить в формулу
Найденные значения
.
Окончательно после сокращения и приблизительного приравнивания множителя получим:
Аналогичная формула была выведена советским физиком Я.И. Френкелем.
Прологарифмировав
выражение
,
получим
Определив экспериментально при разных температурах и подстроив зависимости
Можно вычислить,
пользуясь выражениями
,
энергию активации
,
частоту колебаний
и частоту скачков
.
Предлагаемый в работе способ определения коэффициента вязкости основан на измерении времени вытекания определенного объема жидкости через тонкий капилляр под действием силы тяжести. Для этой цели используются приборы – вискозиметры. При несколько отличающейся конструкции принцип действия вискозиметров одинаков.
В данной работе предлагается вискозиметр Оствальда (рис.2).
Время вытекания данного объема жидкости через капилляр вискозиметра может быть определено по формуле Пуазейля:
где
- объем протекающей жидкости
,
- радиус капилляра,
- длина капилляра,
- перепад давлений между началом и концом
капилляра,
- время протекания жидкости.
|
Рис.2 |


Разность уровней жидкости создается накачиванием воздуха в правую часть вискозиметра.
При изготовлении
вискозиметров на заводе проводится их
градуировка. Для каждого экземпляра
вискозиметра указывается постоянный
коэффициента
,
позволяющей по приведенной в паспорте
формуле
определять коэффициент вязкости
абсолютным способом. Экспериментальная
установка измерения
и определения
представляет собой вискозиметр Оствальда,
помещенный в водяной термостат, снабженный
электронагревателем; отсчет температуры
ведется по жидкостному термометру.