Описание экспериментальной установки

Лабораторная установка, представленная на рис.5, состоит из сосуда с краном 1, в верхней части которого находится пробка. В пробку вставляется капилляр 5, через который протекает газ. В данной работе изучаются газокинетические параметры воздуха, который протекает именно через этот капилляр. Разность давлений на концах капилляра измеряется водяным манометром 2.

Рис. 5. Схема лабораторной установки

Если открыть кран 4, то вследствие избыточного давления столба жидкости над краном ρgh вода начнет вытекать из него непрерывной струей, при этом давление воздуха в сосуде понижается. Вскоре вода начнет вытекать каплями, что означает, что давление столба жидкости и воздуха в сосуде стало меньше атмосферного давления. Однако отрыв капли все же будет соответствовать моменту, когда давление столба жидкости и воздуха над ним на величину ∆P станет больше атмосферного. Со временем этот процесс станет стационарным. Разность уровней жидкости в коленах манометра перестанет расти, что говорит о том, что на концах капилляра устанавливается постоянная разность давлений ∆P. Эта разность давлений соответствует выражению (7). Скорость вытекания жидкости из сосуда лимитируется скоростью натекания воздуха через капилляр. Зная параметры капилляра^r и экспериментально определив скорость вытекания воды можно рассчитать газокинетические параметры молекул воздуха: длину свободного пробега и эффективный диаметр по коэффициенту внутреннего трения в газах.

Порядок выполнения работы

1. Подставив измерительный стакан 5 (рис.5), открыть кран 4 и дождаться, когда установится стационарный процесс (вода начнет вытекать каплями). В этот момент оценить разность уровней жидкости в коленах манометра ∆h. Рассчитать разность давлений на концах капилляра по разности уровней жидкости в манометре: , где - плотность воды при температуре опыта.

2. Подставить другой пустой мерный стаканчик под кран (масса которого предварительно определена) засечь время t, за которое объем жидкости составит примерно 50 см³. Для точного определения объема жидкость рекомендуется взвесить. Температуру воздуха, атмосферное давление, плотность воды и воздуха при условиях эксперимента внести в таблицу 1.

Таблица 1Параметры установки и условия проведения опыта

r, мм	l, мм	Т, К	P, Н/м2	ρ, кг/м3 (вода)	ρ, кг/м3 (воздух)

3. Рассчитать значения вязкости η, длины свободного пробега λ, эффективного сечения σ по формулам ((13),(14), (4)). Опыт повторить три раза.

4. Вычислить скорость потока Ucp. (среднюю по сечению капилляра):

,

где r - радиус капилляра, V-объем воздуха, прошедшего через капилляр, равный объему воды, вытекшей за время t.

5. Рассчитать число Рейнольдса по формуле (12), где ρ - плотность воздуха в условиях опыта. Убедиться, что эксперимент проходил при ламинарном течении.

6. Записать окончательные результаты измеряемых величин η, λ, σ. Оценить величины погрешностей измерения при α = 0.95 (Приложение 4).

Таблица 2 Экспериментальные результаты

№	, м	V, м3	, Па	T, с	Uср., м/с	η, Пз	λ, м	σ, м2