Laba6 физика 1 курс

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Обнинский институт атомной энергетики –

филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего

профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Отчёт по лабораторной работе №6

на тему: “ Определение коэффициента внутреннего трения и средней длины свободного пробега молекул воздуха”

Обнинск, 2020

Краткая теория

Определение коэффициента вязкости воздуха капиллярным методом основана на следующем явлении: при прокачивании воздуха через тонкие трубки часть входного давления теряется на преодоление сил внутреннего трения (вязкости). Если истечение газа совершается через достаточно короткий капилляр, то давление, под которым находится газ у входа в капилляр, незначительно отличается от давления на выходе капилляра. В этом случае плотность газа вдоль оси капилляра можно считать постоянной, а газ – несжимаемым, и к процессу истечения газа применим закон Пуазейля.

, где L – длина капилляра, R – его радиус, Q – расход воздуха, ∆p -падение давления (разность давлений на концах капилляра).

Для определения коэффициента внутреннего трения по формуле необходимо, чтобы течение газа было ламинарным, т.е. таким, при котором слои газа текут не перемешиваясь.

Воздух в капилляр 2 нагнетается микрокомпрессором, вмонтированным в блок управления. Величина объемного расхода устанавливается посредством регулятора o и измеряется реометром 1. Следует заметить, что во всем диапазоне изменения объемного расхода скорость движения воздуха в капилляре сравнительно невелика (до 40 м/с), так что не нарушается ламинарный режим течения. Для определения разности давлений воздуха на концах капилляра предназначен U-образный водяной манометр 4, колена которого соединены с камерой отбора давления 3.

№	Q, *10-5	P1 *10 Па	P2 *10 Па	Δp *10 Па	<Δp> *10 Па
1	1,75	72	65	7	6,0
2		72	67	5
3		72	66	6
1	1,25	57	52	5	4,7
2		57	52	5
3		56	52	4
1	0,75	37	33	4	5,0
2		38	32	6
3		37	32	5

L=0.1м, R=0.483мм=0.483*10^-3м

17.12*10^-6 Па*с

18.30*10^-6 Па*с

17.89*10^-6 Па*с

Табличный коэффициент вязкости воздуха равен: ƞ = 18.5*10 ^-6 Па*с

Вывод: экспериментальным путём, мы установили, что коэффициент вязкости воздуха при нормальных условиях равен соответствует табличному значению.

Контрольные вопросы

1. Скорость относительного движения связана со скоростями движения отдельных частиц и является их векторной разностью. Поэтому задать величину относительной скорости значит требовать наличия определенных величин скоростей движения отдельных молекул. Образовать пару с величиной относительной скорости V могут не любые две молекулы, - а только такие, скорости которых имеют определенное значение.

2. Эффективное сечение – мера вероятности столкновения микрообъектов (атомов, ядер и частиц) в виде эффективной площади их поперечного сечения. Это основная величина, характеризующая вероятности столкновений (реакций) в микромире. В данном случае, эффективный диаметр молекулы. В молекулярно-кинетической теории газов под эффективным диаметром понимают наименьшее расстояние между частицами, на которое они могут сблизиться при соударении. На первой стадии столкновения микрочастиц (молекул или атомов) их кинетическая энергия переходит в потенциальную энергию деформированных электронных оболочек. Затем, на последующей стадии, энергия упругодеформированных электронных оболочек переходит в кинетическую энергию разлетающихся частиц. Очевидно, что чем выше кинетическая энергия частиц, тем на меньшее расстояние они могут сблизиться при ударе. Поэтому величина эффективного диаметра молекул газа не является «константой», а зависит от параметров состояния газа (в первую очередь – от температуры).

3. Сущность этого явления состоит в следующем: различные слои газа, движущиеся параллельно друг другу в направлении движения потока его молекул, действуют друг на друга с силами, которые называются силами внутреннего трения. Действие этих сил приводит к тому, что слой, движущийся с большей скоростью, замедляется, а слой, движущийся медленнее, ускоряется, таким образом, происходит выравнивание скоростей различных слоев. С позиции молекулярно-кинетической теории газа внутреннее трение можно объяснить следующим образом: молекулы слоя газа, движущегося с большей скоростью, вследствие теплового движения переходят в слой, имеющий меньшую скорость, и увеличивают его импульс, в то же время молекулы другого слоя, переходя в слой, движущийся быстрее замедляют его движение, что приводит к уменьшению его импульса. Таким образом, происходит перенос импульса от слоя к слою.

4. Вязкостью называется свойство жидкости сопротивляться внешнему воздействию благодаря внутреннему трению, возникающему между слоями. Динамическая вязкость η – это единица измерения вязкости или вязкотекучести жидкости (жидкость: жидкая, текучая субстанция). Чем выше значение параметра вязкость, тем более тягучая (вязкая) жидкость; чем меньше вязкость, тем он более жидкий (текучий). Кинематическая вязкость ν – это динамическая вязкость среды η, разделенная на ее плотность ρ ( ν = η / ρ). Динамическая и кинематическая вязкости зависят от температуры рабочей среды. Причем для газов и жидкостей эта зависимость различна. Это связано с различием во взаимодействии молекул. Для капельных жидкостей оба коэффициента убывают с возрастанием температуры.