СХЕМА ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Блок-схема экспериментальной установки для определения параметров воздуха изображена на рис. 1.

кран

насос

Рис.1

Сосуд объемом V=1,24л, заполненный воздухом, представляет собой колбу с краном, воздух из которой откачивается с помощью насоса Комовского. Давление в системе P2 измеряется манометром. По лабораторному барометру определяется атмосферное давление Р1 в открытой колбе.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1.Взвесьте колбу с открытым краном на весах и определите массу m1 колбы с воздухом.

2.Соедините колбу с насосом при помощи резиновой трубки. Включив насос и открыв кран насоса, откачайте воздух до минимально

возможного давления Р2, которое может обеспечить насос (~ 50 мм. рт. ст.). Снимите показания манометра Р2 и определите P = P1-P2. Результаты занесите в таблицу.

64

3.Закройте кран колбы. Отсоедините ее от насоса и взвесьте, определив при этом массу m2. Рассчитайте массу откаченного воздуха m = m1 - m2.

4.Повторите измерения по пунктам 1-3.

5.С помощью термометра определите температуру воздуха Т, по барометру атмосферное давление P1 .

6.Для каждого из опытов вычислите молярную массу μ воздуха по формуле (6). Результаты занесите в таблицу. Определите среднее значение <μ>, и сравните с табличным значением. Сделайте соответствующий вывод.

7.Используя известные значения <μ> и P1 в уравнении (2), рассчитайте плотность воздуха. Сравните с табличным значением и сделайте соответствующий вывод.

8.По формуле (9) вычислите массу кислорода, откачанного из колбы, с

учётом того, что молярная масса азота μN = 28 г/моль, молярная масса кислорода μО = 32 г/моль.

9.По формуле (10) найдите массу одной молекулы кислорода mм, а по формуле (11) рассчитайте концентрацию его молекул n.

10.Получите выражение для расчёта относительной и абсолютной погрешности косвенного измерения молярной массы воздуха. Рассчитайте эти погрешности.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое газ? В чем заключается модель идеального газа?

2.Каков молекулярно - кинетический смысл давления и температуры?

3.Что называется молярной массой вещества?

4.Напишите уравнение состояния идеального газа.

5.Выведите расчетные формулы для и .

6.Что такое парциальное давление? Сформулируйте закон Дальтона.

7.Выведите формулу для определения массы кислорода в известном объеме воздуха.

8.Как определяется масса одной молекулы газа?

9.Дайте понятие концентрации молекул газа?

65

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ ГЛИЦЕРИНА МЕТОДОМ ПАДАЮЩЕГО ШАРИКА (МЕТОД СТОКСА)

Цель работы: экспериментальная проверка формулы Стокса и определение коэффициента вязкости глицерина.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Вязкость - свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной ее части относительно другой. При ламинарном (не вихревом) течении жидкости между ее слоями, движущимися с различными скоростями, возникают силы внутреннего (вязкого) трения, которые стремятся выровнять скорости слоев, т.е. медленно текущий слой будет ускоряться соседним более быстрым слоем, а быстрый слой, наоборот, замедляться. Природа этих сил объясняется молекулярными (ван-дер-ваальсовскими) силами притяжения, действующими между молекулами.

Однако наряду с этим механизмом вязкости действует и другой - переноса импульса, суть которого заключается в следующем: молекулы более быстрого слоя, перелетая в соседний более медленный слой, будут отдавать молекулам этого слоя избыточный импульс своего направленного движения и тем самым ускорять его. Молекулы медленного слоя, переходя в более быстрый слой, будут забирать часть импульса направленного движения этого слоя, и тормозить его. При температурах, далеких от точки кипения жидкости, первый механизм вязкости является доминирующим. С повышением температуры вязкость жидкости уменьшается, т.к. увеличивается расстояние между молекулами, а молекулярное притяжение уменьшается. При этом увеличивается скорость <U> хаотического

движения молекул (<U>2 Т). Поэтому при высоких температурах механизм переноса импульса молекулами становится доминирующим. Это подтверждается тем, что вязкость жидкостей при температурах, приближающихся к температуре кипения, начинает расти.

При движении твердого тела в жидкости прилипшие к телу молекулы за счет молекулярных сил притяжения будут увлекать за собой соседние молекулы, а те, в свою очередь, тормозить тело. Стокс установил, что в случае ламинарного движения тела шарообразной формы сила сопротивления имеет вид

где d - диаметр шарообразного тела, - его скорость, - коэффициент вязкости жидкости.

66