3. Экспериментальная часть

3.1. Описание установки

Установка для определения вязкости воздуха и его молекулярных параметров изображена на рисунке 3.

Рис. 3. Установка для определения вязкости воздуха и его молекулярных параметров: 1 – капилляр, 2 – водяной манометр, 3 – сосуд с краном (аспиратор), 4 – стеклянные трубки с расширением, 5 – сосуд с осушителем, 6 - кран.

Из сосуда 3 при открытом кране 6 вытекает вода и в нем создается разрежение. За счет перепада давления на концах капилляра через него протекает поток воздуха из атмосферы через сосуд с осушителем 5. При этом объем V воздуха, прошедший через капилляр за время Δt, равен объему вытекающей из аспиратора воды, если разность давлений ΔР, измеренная по манометру, остается неизменной (стационарное течение). Длина капилляра ℓ и его радиус R заданы. Объем V вытекающей воды измеряется по шкале на сосуде 3.

3.2. Измерение коэффициента внутреннего трения

1. Наполнить сосуд 3 водой.

2. Открыть кран 6. Через некоторый промежуток времени установится стационарное истечение воды (разность уровней жидкости в манометре будет неизменной).

3. Измерить секундомером время истечения Δt заданного объема V воды.

4. Измерить разность высот Н жидкости в коленах манометра.

5. Вычислить разность давления ΔР по формуле ΔР = ρgН, где ρ – плотность жидкости в манометре (ρ = 800 кг/м³), g - ускорение свободного падения.

6. Вычислить коэффициент внутреннего трения по формуле (6).

7. Повторить опыт 10 раз. Скорость истечения жидкости из аспиратора в разных опытах может быть различной. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.

Таблица 1.

V= ... (по заданию преподавателя)
№ опыта	Δt, с	Н, мм	ΔР, Па	η, Па·с

8. Вычислить среднее значение η и его погрешность. Представить результаты вместе с погрешностью: .

Примечание:

1. Скорость истечения воды следует устанавливать такой, чтобы разность высот Н была не слишком мала (больше погрешности измерений) и не очень велика (течение воздуха через капилляр перестает быть ламинарным). Оптимальное значение Н = 3 - 5 см.

2. Во время вытекания достаточно большого объема жидкости первоначальная разность высот в коленах манометра закономерно уменьшается. Следует поддерживать ее постоянной в течение всего опыта, регулируя скорость истечения при помощи крана 6.

3.3. Определение молекулярных параметров воздуха

1. Измерить атмосферное давление по барометру и температуру Т воздуха термометром.

2. Вычислить среднюю длину свободного пробега λ молекул воздуха по формуле (7).

3. Результаты для средней длины свободного пробега молекул воздуха предоставить с указанием погрешности.

4. По формуле (10) вычислить диаметр молекул d.

3.4. Выводы.

Описать полученные в пунктах 3.2 и 3.3 результаты и сформулировать общие выводы по выполненной работе.