![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Лабораторная работа 1. Определение коэффициента внутреннего трения и средней длины свободного пробега молекул воздуха.
- •Теоретическое введение
- •Теория метода измерений и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа 2 Определение коэффициента вязкости жидкости по методу Стокса
- •Теоретическое введение
- •Теория метода измерений и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 3 Определение коэффициента теплопроводности калориметрическим методом
- •Теоретическое введение
- •Теория метода измерений и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 4 Определение коэффициентов переноса электронного газа в металлах по их удельным сопротивлениям
- •Теоритическое введение
- •Теория метода измерений
- •Теория метода измерений и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 5 Определение универсальной газовой постоянной
- •Теоретическое введение
- •Теория метода измерений и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 6 Определение отношения методом Клемана- Дезорма.
- •Теоретическое введение
- •Теория метода измерения и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 7 Определение удельной теплоты плавления твердых тел
- •Теоретическое введение
- •Описание метода измерений и установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные работы
- •Лабораторная работа 8 Определение приращения энтропии при плавлении олова
- •Теоретическое введение
- •Описание метода измерений и установки
- •Порядок выполения работы
- •Контрольные вопросы
- •Министерство образования и науки
Контрольные вопросы.
1. Как понимаете процесс столкновений молекул друг с другом?
2. Какие силы действуют между молекулами?
3. Что такое эффективный диаметр и эффективное сечение молекулы?
4. Как определяется число соударения молекул?
5. Что такое средняя длина свободного пробега молекул и по какой формуле она определяется?
6. Напишите основное уравнение молекулярно–кинетической теории для давления?
7. Напишите опытный закон Ньютона для вязкости и коэффициент вязкости, полученный из молекулярно–кинетической теории.
8. В каких единицах измеряется коэффициент вязкости в системе СИ?
Лабораторная работа 2 Определение коэффициента вязкости жидкости по методу Стокса
Цель работы: определить коэффициент вязкости жидкости по методу Стокса.
Необходимые приборы и принадлежности: стеклянный цилиндр
наполненный глицерином, свинцовые шарики, микрометр, секундомер и линейка.
Теоретическое введение
Всем реальным жидкостям и газам в большей или меньшей
степени присуще внутреннее трение, называемое также вязкость.
В жидкостях внутреннее трение обусловлено действием межмолекулярных сил.
Расстояние между молекулами жидкости сравнительно невелики, а силы взаимодействия значительны. Молекулы жидкости, подобно частицам твердого тела, колеблются около положения равновесия, по истечении некоторого времени молекула скачком переходит в новое положение. Это время называется временем ''оседлой жизни" молекулы. Среднее время "оседлой жизни" молекул называется временем релаксации. С повышением температуры и понижением давления время релаксации уменьшается, что обусловливает подвижность жидкости и ее малую вязкость. Зависимость вязкости жидкости от температуры имеет сложный характер; чем чаще молекулы меняют свое положение равновесия, тем более текуча и менее вязка жидкость, Т. е. вязкость жидкости прямо пропорционально времени релаксации.
Механизм
возникновения сил внутреннего трения
( вязкости), с точки зрения молекулярно
– кинетической теории заключается в
следующем. В потоке жидкости молекулы
участвуют одновременно в двух движениях:
хаотическом тепловом, средняя скорость
которого равна
,
и упорядоченном движении со скоростью
потока
.
Скорость
намного меньше, чем
,
т.е. (
).
При рассмотрении внутреннего трения
нас будет интересовать средний импульс
молекулы в потоке жидкости
.
Предположим,
что имеются два соприкасающихся слоя
жидкости, движущихся параллельно друг
другу с различными скоростями
и
.
При перемещении одних слоев реальной
жидкости относительно других, возникают
силы внутреннего трения, направленные
по касательной к поверхности слоев.
Действие этих сил проявляется в том,
что со стороны слоя, движущегося быстрее,
на слой, движущийся медленнее, действует
ускоряющая сила. Со стороны же слоя,
движущегося медленнее, на слой, движущийся
быстрее, действует тормозящая сила.
Пусть
в некоторый момент времени слои обладают
импульсами
и
.
Вследствии теплового движения происходит
непрерывный переход молекул из одного
слоя в другой. Попав в другой слой,
молекула претерпевает столкновения с
молекулами этого слоя, в результате
чего она либо отдает избыток своего
импульса другим молекулам (если она
прилетела из слоя, движущегося быстрее),
либо увеличивает свой импульс за счет
других молекул ( если она “прилетела”
из слоя, движущегося медленнее). В итоге
импульс слоя, движущегося быстрее
убывает, а слоя, движущегося медленнее,
возрастает. Следовательно, слои ведут
себя так, как если бы к слою, скорость
которого больше, была приложена сила
тормозящая его движение, а к слою скорость
которого меньше – такая же по модулю
сила, ускоряющая его движение. Таким
образом, причиной возникновения вязкости
( внутреннего трения) является перенос
импульса от одного слоя к другому.
Экспериментально установлено, что
модуль силы внутреннего трения,
приложенный к площадке
,
лежащий на границе между слоями
определяется формулой
(1)
где
–
площадь на границе между слоями
поверхности, на которой действует сила
.
Величина
–
показывает, как быстро меняется скорость
при переходе от слоя к слою в направлении
,
перпендикулярном направлению движения
слоев, и называетсяградиентом
скорости.
В этой формуле
– коэффициент пропорцианальности,
зависящий от природы и состояния
жидкости, называетсявязкостью.
Это уравнение (1) было установлено Ньютоном в 1687г и называется законом Ньютона. Согласно второму закону Ньютона сила равна производной импульса по времени. Поэтому уравнение (1) можно представить в виде
(2)
где
-
импульс, передаваемый от слоя к слою,
т.е. поток импульса через поверхность
.
Знак минус в этой формуле обусловлен,
тем обстоятельством, что импуль “течет”
в направлении убывания скорости
.
Поэтому знаки потока импульса и
производной
противоположны. Здесь вязкость показывает,
какое количество импульса (поток
импульса) переносится через единицу
площади за единицу времени при градиенте
скорости, равном единице.
Вязкость
измеряется в килограммах на метр секунду
или
в паскаль–секундах
т.е.
.
Экспериментальную формулу Ньютона (2)
можно вывести с помощью молекулярно –
кинетической теории. При этом получается
выражение для вязкости
(3)
здесь
–
средняя скорость теплового движения
молкул,
–
средняя длина свободного пробега
молекул,
–
плотность жидкости или газа. Вязкость
является важной физико- технической
характеристикой вещества и зависит от
температуры и от природы вещества. С
повышением температуры вязкость
уменьшается.