3. Экспериментальная установка

Для определения коэффициента вязкости воздуха предназначена экспериментальная установка ФПТ 1–1, общий вид которой изображен на рис. 3.2.

Рис. 3.1

1 – блок рабочего элемента, 2 – блок приборов, 3 – стойка, 4 – капилляр, 5 – реометр, 6 – манометр.

Воздух в капилляр 4 нагнетается микрокомпрессором, размещенным в блоке приборов 2. Объемный расход воздуха измеряется реометром 5, а нужное его значение устанавливается регулятором «Воздух», который находится на передней панели блока приборов. Для измерения разности давлений воздуха на концах капилляра предназначен U–образный водяной манометр 6. Геометрические размеры капилляра – радиус R и длина L указаны на рабочем месте.

4. Порядок выполнения работы

1. Включить установку тумблером «Сеть».

2. С помощью регулятора «Воздух» установить по показаниям реометра выбранное значение объемного расхода воздуха V_t .

3. Измерить разность давлений в коленах манометра. Значения V_t и занести в табл.

4. Повторить измерения по пп. 2–3 для 5 значений объемного расхода воздуха.

5. Установить регулятор расхода воздуха на минимум, после чего выключить установку тумблером «Сеть».

6. Для каждого режима определить по формуле Пуазейля коэффициент вязкости воздуха:

.

Найти среднее значение коэффициента вязкости.

7. По формуле (2.4) вычислить среднюю скорость теплового движения молекул воздуха, учитывая, что молярная масса воздуха μ=29кг/моль, а универсальная газовая постоянная R=8,31Дж/(моль·К).

8. По барометру и термометру в лаборатории измерить давление и температуру воздуха в ней. Пользуясь уравнением состояния, вычислить плотность воздуха: , а затем с помощью формулы (2.3) вычислить среднюю длину свободного пробега молекул.

9. Оценить погрешность результатов измерения.

Номер измерения	Vt, м3/с	, Па	η, кг/(м·с)

5. Требования к отчету

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1. название, номер и цель работы;

2. основные теоретические положения и расчетные формулы;

3) результаты измерений V_t и и вычисленные значения η, приведенные в таблицы;

3. полученное среднее значение η и расчет его относительной погрешности.

6. Контрольные вопросы

1. Расскажите о явлениях переноса в газах.

2. Объясните явление внутреннего трения в газе с точки зрения молекулярно–кинетической теории.

3. Напишите и объясните формулу Ньютона для внутреннего трения.

4. Какой физический смысл коэффициента вязкости? В каких единицах СИ он измеряется?

5. Запишите формулу для коэффициента вязкости идеального газа.

6. От каких физических величин зависит величина средней скорости теплового движения молекул идеального газа?

7. Какая величина называется средней длиной свободного пробега молекулы? От каких физических величин она зависит?

8. В чем заключается капиллярный метод определения коэффициента вязкости газов?

9. Выведите формулу Пуазейля. При каких условиях ее применяют?

10. Как изменяется скорость движения газа по радиусу канала при ламинарном режиме течения?

11. Как оценить среднюю длину свободного пробега и эффективный диаметр молекулы газа, используя явление внутреннего трения в газах?

12. Почему при строительстве магистральных газопроводов используют трубы большого диаметра, а не увеличивают давление газа при его транспортировании?

Список литературы

1. Савельев И. В. Курс общей физики. – М.: Наука, Т.1, 1989. – С. 269–274, 285–287.

2. Метвеев А. Н. Молекулярная физика. – М.: Высшая школа, 1987. – С. 10–12, 14–16, 66–70, 32 –324.

11