МехТепЛабыФинал2013
.pdf
61
пробега λ и диаметр d молекул. При этом следует иметь в виду, что полученные значения заметно зависят от того, на основании какого коэффициента их вычисляют.
Используя формулу (15), можно определить среднюю длину свободного пробега молекул воздуха. С учетом того, что
< v >= |
8RT |
, |
ρ = |
μp |
, |
(16) |
|
πμ |
RT |
||||||
|
|
|
|
|
где R - универсальная газовая постоянная, Т - абсолютная температура газа, р - давление газа; μ - молярная масса газа (для воздуха μ = 0,029 кг/моль), получим
|
|
λ = |
3η = |
3η |
πμ . |
|
(17) |
|
|
|
ρ v |
ρ |
8RT |
|
|
Учитывая, что эффективное сечение молекул σ = πd 2 , из выражений (15) и |
|||||||
(17) получим формулу для определения диаметра молекул |
|
||||||
|
d = |
σ = |
1 |
= |
2 |
μRT . |
(18) |
|
|
π |
2πλn |
|
3πηN A |
π |
|
2. |
Все три коэффициента, D, η и χ, с возрастанием температуры Т увели- |
||||||
чиваются, так как < v > ~ |
T . |
|
|
|
|
|
|
3. |
Посколькуλ~1 n , а n~ρ, то, как вязкость η, так и теплопроводность χ |
||||||
не зависят от концентрации, а значит и от давления (при неизменной температуре).
5. Погрешности измерений. Абсолютные погрешности косвенных измерений рассчитываются по формулам:
коэффициента вязкости воздуха
η= |
|
∂η |
|
h + |
|
∂η |
|
|
t + |
|
∂η |
|
|
m + |
|
∂η |
|
|
m = |
||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
∂h |
|
|
∂t |
|
|
|
∂m |
|
∂m |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
(19) |
|
|
|
h |
|
|
t |
|
|
|
|
m1 |
|
|
|
m2 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
= η |
h |
|
+ |
t |
+ |
|
+ |
|
|
; |
|||||||||||||
|
(m −m ) |
(m −m ) |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
|
2 |
1 |
|
|
||||||
среднего диаметра молекул:
|
∂d |
|
|
∂d |
|
d |
|
1 d |
|
|
|||
d = |
|
T + |
η= |
T + |
η; |
(20) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
∂T |
∂η |
4T |
2 η |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
средней длинны свободного пробега молекул
λ = |
|
∂λ |
|
η+ |
|
∂λ |
|
T = |
λ |
η+ |
λ |
T . |
(21) |
|
|
|
|
||||||||||
|
∂η |
∂T |
η |
2T |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Литература
1.Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Куценко А.Н. Практикум по физике. - М,:
Высшая школа, 1965, С. 121-122.
2.Савельев И.В. Курсобщей физики. - М: Наука, 1982, т1. С. 255-258; 400-416.
62
5. ОРГАНИЗАЦИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
5.1. Правила выполнения и сдачи лабораторной работы
Выполнение лабораторной работы состоит из таких этапов:
1)подготовка к лабораторной работе;
2)допуск;
3)выполнение лабораторной работы;
4)обработки и анализа результатов опыта;
5)сдача отчета о выполненной работе преподавателю.
При подготовке к выполнению лабораторной работе необходимо: а) изучить инструкцию к лабораторной работе;
б) четкопредставитьсебецель, идеюметодаработыиэтапыеевыполнения; в) выяснить какие величины и сколько раз необходимо будет измерять; г) в тетради для отчетов сделать заготовку отчета, где записать название и цель работы, используемые приборы, порядок выполнения работы, расчетные формулы и формулы для оценок погрешностей измерений, значения величин, характеризующих экспериментальную установку.
Ответить на вопросы для допуска. Для получения допуска необходимо: а) знать название и цель работы;
б) рассказать основные определения и теоремы, изучаемые в работе; в) объяснить, на чем основан метод выполнения работы; г) знать ход выполнения работы.
При выполнении лабораторной работы строго придерживаться правил техники безопасности, бережно обращаться с приборами и инструментами, грамотно производить измерения. По окончании эксперимента необходимо выключить электроизмерительные приборы, привести лабораторную установку в исходное состояние и подписать полученные данные у преподавателя.
При обработке экспериментальных данных все расчеты производить, как правило, в единицах СИ. Результаты измерений должны быть записаны с учетом их погрешностей. После анализа полученных данных делается вывод о проделанной работе.
Для сдачи лабораторной работы необходимо:
а) записать полученные экспериментальные данные и характеристики измерительных приборов в таблицу;
б) выполнить расчеты физических величин и их погрешностей; в) записать конечные результаты с учетом погрешностей измерений;
г) провести анализ полученных данных, и сделать вывод о соответствии их известным значениям или о том, что он подтверждают либо не подтверждают закон, проверяемый в лабораторной работе.
Сдача отчета о выполненной работе проводится в форме собеседования, в процессе которого преподаватель проверяет правильность произведенных расчетов, знание студентом теории изучаемых явлений и методов измерений. Также требуется знать ответы на контрольные вопросы лабораторной работы. Студент должен четко представлять физическую сущность изучаемой темы, и какие закономерности он должен получить в результате лабораторной работы.
63
5.2. График проведения лабораторных работ
№Тема занятия.
|
недели |
Подгруппа № 1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
Вводное занятие. Погрешности |
|
|
физических измерений |
||
2 |
|
Измерительный практикум |
|
|
|
|
Л.р. № 1 “Изучение законов кинема- |
3 |
|
тики и динамики поступательного |
|
|
|
|
движения" |
4 |
|
Зачетное занятие |
|
|
|
|
|
5 |
|
Л.р. № 2 “Проверка теоремы |
|
|
Гюйгенса-Штейнера” |
||
6 |
|
Зачетное занятие |
|
|
|
|
|
7 |
|
Л.р. № 3 “Проверка закона сохра- |
|
|
нения момента импульса” |
||
8 |
|
Зачетное занятие |
|
|
|
|
|
|
9 |
|
Модульный контроль |
|
|
|
|
10 |
|
Л.р. № 4 “Определение универсаль- |
|
|
|
|
ной газовой постоянной” |
11 |
|
Зачетное занятие |
|
|
|
|
|
12 |
|
Л.р. № 5 ”Определение показателя |
|
|
адиабаты воздуха” |
||
13 |
|
Зачетное занятие |
|
|
|
|
|
|
|
|
Л.р. № 6 “Определение коэффици- |
14 |
|
ента вязкости воздуха методом |
|
|
|
|
Пуазейля” |
15 |
|
Зачетное занятие |
|
|
|
|
|
16 |
|
Зачетное занятие |
|
|
|
|
|
|
17 |
|
Модульный контроль |
|
|
|
|
Тема занятия. Подгруппа № 2
Вводное занятие. Погрешности физических измерений Измерительный практикум
Зачетное занятие
Л.р. № 1 “Изучение законов кинематики и динамики поступательного движения"
Зачетное занятие
Л.р. № 2 “Проверка теоремы Гюйгенса-Штейнера”
Зачетное занятие
Л.р. № 3 “Проверка закона сохранения момента импульса”
Модульный контроль
Зачетное занятие
Л.р. № 4 “Определение универсальной газовой постоянной”
Зачетное занятие
Л.р. № 5 ”Определение адиабаты воздуха”
Зачетное занятие
Л.р. № 6 ”Определение коэффициента вязкости воздуха методом Пуазейля”
Зачетное занятие Модульный контроль
64
Методические указания
Б.И. Бешевли, О.Б. Демина, Н.А. Куликова, А.Н. Семко
Под ред. А.Н. Семко
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ для проведения лабораторных работ
по физике для студентов биологического факультета (механика и молекулярная физика)