Экспериментальная установка.

Для определения коэффициента взаимной диффузии воздуха и водяного пара предназначена экспериментальная установка ФПТ1-4, общий вид которой приведен на рис. 2.

Установка состоит из микроскопа 3, защищенного жестким кожухом 4; рабочего элемента 2; фонаря 1 подсветки и приборного блока 8.

Рабочий элемент (рис. 3) состоит из измерителя 8Ю прижатого планками 6 и 7 к опорной плите. На подвижной части измерителя крепится корпус 5 из оргстекла. Полиэтиленовая пробка 4 закрывает предназначенную для воды емкость в левой части корпуса. В правом отверстии корпуса 5 находится стеклянная трубка (капилляр) 3 с дистиллированной водой. Пружина 2 прижимает игольчатый клапан, отсоединяя трубку от емкости для дистиллированной воды.

Для подсветки трубки при измерениях с помощью микроскопа используется фонарь 1 (см. рис. 2). Свет от лампы передается по световоду из оргстекла. Рабочее напряжение на лампе устанавливается регулятором 5 подсветки капилляра.

Время испарения жидкости из капилляра регистрируется на цифровом индикаторе. Секундомер приводится в действие клавишей 6 «Пуск». Прекращение счета времени осуществляется повторным нажатием клавиши «Пуск». Третьим нажатием клавиши производится сброс значений величин на индикаторе.

Конструкция секундомера предусматривает фиксацию значений на индикаторе клавишей 7 «Останов» без прекращения счета времени. Сброс зафиксированных значений осуществляется повторным нажатием клавиши 7, после чего на индикаторе продолжается счет с учетом времени, затраченного на фиксацию значений.

Температура в блоке рабочего элемента измеряется полупроводниковым термометром и регистрируется на шкале соответствующего цифрового индикатора.

Цена деления а окулярной шкалы микроскопа приведена на лицевой панели установки.

Порядок выполнения работы.

1. Подготовить установку к работе: установить в положение «минимум» регулятор подсветки капилляра, снять с микроскопа защитный чехол и повесить его на винты задней стенки кожуха микроскопа. Повернуть тубус микроскопа «на себя» и установить его в положение, когда рабочий элемент вертикален.

2. Включить установку тумблером «Сеть».

3. Включить подсветку капилляра и отрегулировать освещенность. Винтами кремальеры микроскопа добиться четкого изображения поверхности трубки.

4. Измерить уровень h₁ верхнего края трубки. Для этого, вращая гайку 1 измерителя (рис. 3), т. е. перемещая капилляр, ввести поле зрения верхний край трубки и установить его против нулевого деления шкалы окуляра микроскопа. Снять показания со шкалы измерителя 8 с помощью нониуса и занести значения h₁ в табл. 1.

Таблица 1

№ измерения

h1 м

h2 м

h м

n дел

τ с

Δn/Δτ, дел./с

Δh/Δτ, м/с

р0 Па

ТК

рнас, Па

р′, Па

D м2/с

5. Измерить уровень h₂ мениска жидкости. С этой целью, вращая гайку измерителя, найти положение мениска. Сфокусировать микроскоп на мениске, установив его против нулевого деления шкалы. Определить h₂ по шкале измерителя и занести данные в табл. 1. Найти значения h=h₂-h₁.

6. Установить мениск жидкости в нижней части шкалы окуляра микроскопа*, записать положение мениска в малых делениях n шкалы и включить секундомер.

7. Наблюдая в микроскоп за движением мениска жидкости, через каждые 5 делений шкалы окуляра занести в табл. 1 значения n и время τ испарения жидкости.

8. Сделать 8 – 10 измерений положения мениска. При выходе мениска из поля зрения его изображение необходимо возвратить в исходное положение, осторожно вращая гайку измерителя.

9

*Поскольку микроскоп дает перевернутое изображение, то при испарении положение мениска жидкости смещается вверх.

. По данным табл. 1 построить график n=f(τ), откладывая по оси ординат число делений n окулярной шкалы микроскопа, а по оси абсцисс – время τ. По нанесенным опытным точкам провести усредненную прямую и по ее наклону определить среднее значение Δn/Δτ. Умножая эту величину на цену деления а окулярной шкалы, приведенную на лицевой панели установки, найти среднее значение скорости испарения жидкости из капилляра Δh/Δτ.

10. Зная отношение Δh/Δτ, по формуле (18) вычислить коэффициент взаимной диффузии воздуха и водяного пара. При этом температуру воздуха в рабочем элементе определить по цифровому индикатору установки, давление насыщенного водяного пара по приложению. Плотность воды ρ_ж – 10³ кг/м³, молярная масса воды М₁ - 18·10^-3 кг/моль. Давление водяного пара р′ на срезе трубки найти по значению относительной влажности воздуха φ (в процентах) в помещении лаборатории. (Для этой цели может быть использован психрометр, состоящий из двух одинаковых термометров, один из которых обернут влажной тканью. Зная разность показаний термометров, по таблице, находящейся на лицевой панели психрометра, находят относительную влажность воздуха). Давление водяного пара р′ рассчитать по формуле:

.

11. Оценить погрешность результатов измерений.

12. Выключить установку тумблером «Сеть».