Описание установки и экспериментального метода

Схема экспериментальной установки приведена на рис. 2.5.1. Капилляр 5 одним концом соединен с мерной емкостью 6. Другой конец капилляра сообщается с атмосферой. Мерная емкость 6 соединена резиновой трубкой 8 со вспомога-тельным сосудом с водой 4. При включении воздушного компрессора 1 и нажатии клапана 2 вода вытесняется из мерной емкости во вспомогательный сосуд, при этом в мер-ной емкости устанавливается избыточное по сравнению с атмосферным давление. Затем клапан 2 следует отпустить (закрыть). Находившийся во вспомогательном сосуде воз-дух легко вытесняется водой через трубку большого сече-ния 10. При нажатии на клапан 3 (его открывании) начи-нается течение воздуха через капилляр под действием раз-ности давлений на его концах.

Разность давлений на концах капилляра можно измерить с помощью манометра 9, она равна:

(2.5.23)

где –разность уровней воды в манометре;

–плотность воды;

–ускорение свободного падения.

Объем поступающего в мерную емкость воздуха опреде-ляют по измерению уровня воды в этой емкости.

Порядок выполнения работы

1. Выписать данные и начертить схему установки. По ба-рометру определить давление воздуха в лаборатории и по термометру – его температуру. По таблице в Приложении 3 определить плотность воздуха в момент проведения экспе-римента. Полученные значения занести в таблицу 1.

Таблица 1

Данные установки
Радиус капилляра,
Длина капилляра,
Площадь сечения мерной емкости,
Уровень воды на водомере,
Условия проведения опыта
Температура воздуха,
Атмосферное давление,
Плотность воздуха,
Концентрация молекул воздуха,

2. Включить стенд и компрессор.

3. Определяя уровень воды в мерной емкости по водо-мерному стеклу 7, открыть (нажать) впускной клапан 2 и добиться падения уровня в водомерном стекле на 2/3 от первоначального.

4. Закрыть (отпустить) клапан 2.

5. Открыть (нажать) клапан 3, включить секундомер и определить время , в течение которого разность давлений на концах капилляра, измеряемая манометром9, уменьша-ется достаточно медленно.

6. При разности давлений на манометре 9 равной нулю, закрыть (отпустить) клапан 3.

7. Разбить отрезок времени на несколько равных интер-валов .

8. Повторить пункты 3 и 4.

9. Включить секундомер, открыть (нажать) клапан 3 и фиксировать (записывать) уровень воды в водомере 7 и раз-ность давлений по манометру 9 через каждый отрезок вре-мени . Экспериментальные данные занести в таблицу 2.

Таблица 2

Результаты измерений

№ пп

Пункты 8, 9 повторить несколько раз, каждый раз сос-тавляя свою таблицу результатов, аналогичную таблице 2.

10. Вычислить разность давлений для каждого отрезка времени по формуле (2.5.23). Данные занести в таблицу 2.

11. Вычислить расход воздуха для каждого отрезка временипо формуле:

,

где – изменение объема воздуха в мерной ем-кости за время,

– площадь сечения мерной емкости.

Данные занести в таблицу 2.

12. Пользуясь формулой Пуазейля (2.5.8), определить воздуха при данных условиях для каждой серии опытов и усреднить по всем результатам.

13. Для проверки ламинарности течения газа вычислить число Рейнольдса по формуле:

,

и убедиться, что полученное значение .

14. По формуле (2.5.13) определить коэффициент диффу-зии .

15. Вычислить по формуле (2.5.18).

16. Оценить эффективный диаметр молекул воздуха по формуле (2.5.22).