2. Опис лабораторного устаткування

Лабораторне устат-кування складається з великої лабораторної ємності (див. рис. 3.2), що має кран у своїй нижній частині, зверху її закрито корком, крізь який проходить трубка, що містить в середині капіляр із коаксіальним перерізом; двох мірних мензурок, секундоміра та термометра (використо-вується звичайний термометр, що вимірює температуру в приміщенні). Цю ємність, до стінки якої прикріплено шкалу, заповнено водою. Рівень води має бути в межах шкали так, щоби капіляр не торкався поверхні води. Кран має отвір зі значно більшим перерізом, ніж переріз капіляра, але площа перерізу крана є значно менша за площу перерізу ємності. При закритому крані тиск повітря

Рис. 3.3. Схема ви-значення стовпа рі-дини при різних режимах витікання рідини

над рідиною всередині лабораторної ємності дорівнює атмосферному, бо повітря в ній поєднано з атмосферою саме крізь зазначений капіляр.

Коли кран повністю відкривають (див. схему на рис. 3.3), то починається витікання рідини у вигляді струмочка (з рівня І до рівня ІІ). Цей процес відбувається внаслідок дії гідростатичного тиску повітря та рідини в середині ємності.

Такий режим витікання триватиме, доки сумарний тиск газу та рідини всередині лабораторної ємності на рівні отвору не стане дорівнювати атмосферному тискові (рівень ІІ):

, (3.14)

де P₁ – тиск газу в даній ємності, h₁ – висота стовпа рідини в даний момент часу від рівня крана до верхнього рівня води, _р – густина рідини, g – прискорення вільного падіння.

При цьому на кінцях капіляра утворюється різниця тисків повітря:

. (3.15)

Оскільки тиск повітря у цій ємності є меншим за атмосферний, то повітря ззовні почне натікати крізь капіляр до лабораторної ємності. Але внаслідок того, що повітря дуже повільно надходитиме до ємності крізь малий отвір у капілярі, то рідина почне витікати крізь повністю відкритий кран краплинами, а не струмком!

Різниця тисків на кінцях капілярf, яка спочатку дорівнювала _рgh₁, з часом змінюватиметься, оскільки зменшуватиметься висота стовпа рідини над краном. Зміна висоти стовпа рідини буде незначною, бо площа перерізу посудини є великою, а об’єм рідини, що витікає з крана, є порівняно малим. Тому і зміна тиску P буде малою величиною. Скориставшись цим, у формулі (3.4) у якості P можна взяти середнє значення різниці тиску на кінцях капіляра на початку та наприкінці досліду, і таким чином:

. (3.16)

З урахуванням (3.16) вираз (3.4) набуває вигляду:

. (3.17)

Об’єм газу V, що протік крізь капіляр, дорівнюватиме об’ємові рідини, що витекла крізь нижній кран до мензурки, бо газ займає весь вільний від рідини об’єм. Підставивши значення , розраховане за формулою (3.17), до виразу (3.13), отримаємо ефективний діаметр молекул повітряd.

3. Порядок виконання роботи

1. Визначити початковий рівень води в посудині.

2. Підставити велику мірну мензурку під кран у нижній частині посудини.

3. Відкрити кран, і зачекавши, доки вода почне витікати краплями, визначити рівень води h₁ у посудині. Тоді підставити нову мензурку, одночасно включивши секундомір.

4. Зупинити секундомір, коли в мензурці буде 50 см³ води, закрити кран. Визначити новий рівень води в посудині h₂. Записати значення h₂ та показання секундоміра . Повторити експеримент десять разів. Результати занести до таблиці:

№ досліду	Початковий рівень води,	Кінцевий рівень води,	Час,
1
…
N