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 8 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 окулярной шкалы микроскопа приведена на лицевой пане-
ли установки.
7
8
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 в 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 |
Т(К) |
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. Микроскоп дает перевернутое изображение, то при испарении положение мениска жидкости смещается вверх.
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. 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 ρж – 103 кг/м3,
9
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. Давление водяного пара р′ рассчитать по формуле:
.
11. Оценить погрешность результатов измерений.
12. Выключить установку тумблером «Сеть».