ФИЗИКА3 БОЛЬШЕ ГОТОВОГО1 / 1-st / Механика / 20 / №20 / 20
.docМинистерство
Образования Российской Федерации
Кафедра общей и технической физики СПГГИ (ТУ).
Отчет по лабораторной работе № 3.
«Определение коэффициента вязкости, длины свободного пробега
и эффективного диаметра молекулы газа»
Выполнил: студент группы РМ-02-1 Кузнецов Михаил Александрович.
Проверил:
Санкт-Петербург
2003 г.
Работа 20: определение коэффициента вязкости, длины свободного пробега
и эффективного диаметра молекулы газа.
Цель работы - определить коэффициент вязкости, длину свободного пробега и эффективный диаметр молекулы газа при его течении через узкую трубу.
1. Общие сведения.
Вязкость (внутреннее трение) есть свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одного слоя вещества относительно другого.
Силы возникающие при этом направлены по касательной к поверхности соприкосновения слоев. Динамический коэффициент вязкости численно равен напряжению трения приградиенте скорости равному одному.
В жидкостях, где расстояние между молекулами много меньше, чем в газах, вязкость обусловлена межмолекулярным взаимодействием.
2. Расчетные формулы.
1. Разность давлений воздуха.
p=g(h1-h2)
где -плотность воды, g-ускорение свободного падения, h1 и h2-высота уровней в коленах манометра.
2. Объем воды вытекшей из сосуда.
V=D2(H1-H2) /4
где D-диаметр сосуда, H1 и H2-высота уровня воды в сосуде вначале и в конце.
3. Коэффициент вязкости.
4. Длина свободного пробега.
.
5. Эффективный диаметр молекулы
,
где k - постоянная Больцмана, k = 1,3810-23 Дж/К.
6. Расчет погрешности.
;
;
.
3. Описание установки.
Экспериментальная установка представляет собой сосуд, наполовину заполняемый водой (см. рисунок). Сверху сосуд плотно закрывается пробкой. Внизу сосуда имеется кран для выливания воды. Объем воздуха находящийся над водой в сосуде соединяется с атмосферой через узкий капилляр. Разность давлений на концах капилляра измеряется манометром. Если открыть кран, то вода сначала будет выливаться из сосуда непрерывной струей, а потом сериями отдельных капель.
4. Таблица
измерений.
|
|
h1 |
h1 |
h2 |
h1-h2 |
p |
H1 |
H1 |
H2 |
V |
t |
t |
|
|
1 |
0,115 |
0,005 |
-0,095 |
0,21 |
2060,1 |
0,246 |
0,005 |
0,214 |
0,000050868 |
39,93 |
0,005 |
0,25375 |
|
2 |
0,113 |
0,005 |
-0,094 |
0,207 |
2030,7 |
0,235 |
0,005 |
0,197 |
6,04058*10-5 |
36,98 |
0,005 |
0,19510 |
|
3 |
0,112 |
0,005 |
-0,091 |
0,203 |
1991,4 |
0,248 |
0,005 |
0,193 |
8,74294*10-5 |
41,4 |
0,005 |
0,14797 |
|
4 |
0,107 |
0,005 |
-0,105 |
0,212 |
2079,7 |
0,241 |
0,005 |
0,199 |
6,67643*10-5 |
40,91 |
0,005 |
0,19996 |
|
5 |
0,104 |
0,005 |
-0,099 |
0,198 |
1942,4 |
0,23 |
0,005 |
0,194 |
5,72265*10-5 |
36,2 |
0,005 |
0,19280 |
|
|
|
|
|
|
2020,9 |
|
|
|
6,45388*10-5 |
|
|
0,19791 |
r =0,0023m – радиус капилляра
l = 0,07m – длинна капилляра
g =9.81 m/c2 – ускорение свободного падения
=3,14
4.1 Расчет погрешности:
-
p
48,11571429
V
5,86716*10-6
n
0,027473784
Ответ: =(0,1979±0,0274) Па*с.
Дополнительные вычисления:
1. Длина свободного пробега:
=4,91206*10-14м
=3,16954*10-15
м
=(49,12±3,17)*10-15м
2. Эффективный диаметр молекулы
=(92,26±5,31)*10-14м