11

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра физики

Ен.Ф. 03 физика

ЕН.Ф. 03 ФИЗИКА И БИОФИЗИКА

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

Лабораторная работа №32

Определение коэффициента внутреннего трения газов и длины свободного пробега их молекул

Уфа 2011

УДК 535

ББК 22.34

Л 12

Рекомендовано к изданию методической комиссией факультета электрификации и автоматизации сельского хозяйства (протокол №2 от «31» октября 2006 г.)

Составитель: доцент Гайсина Г.А.

Рецензент: зав. кафедрой автоматики и электроники, профессор Иванов А.И.

Ответственный за выпуск: заведующий кафедрой физики Юмагужин Р.Ю.

Лабораторный практикум предназначен для студентов всех специальностей.

Лабораторная работа №32 Определение коэффициента внутреннего трения газов и длины свободного пробега их молекул

Цель и задача работы: ознакомление с природой внутреннего трения в газах, освоение одного из методов определения длины свободного пробега молекулы и коэффициента вязкости воздуха.

1 Общие сведения

Физические процессы, происходящие в потоке жидкости или газа, а также при движении твердого тела в жидкости или газе, существенно зависят от вязкости этих веществ.

Внутреннее трение возникает между двумя соседними слоями газа при их относительном движении. Очевидно, молекулы газа при своем движении совершают не только упорядоченное, но и беспорядочное тепловое движение, переходя из одного слоя в другой и обратно. Каждая молекула, имеющая массу при переходе из одного слоя в другой, изменяет свой импульс на . В этом случае возникает сила трения, действующая на данный слой со стороны соседних слоев. Эта сила пропорциональна площадке , лежащей в плоскости соприкосновения двух слоев газа, градиенту скорости и действует по касательной к поверхности раздела слоев.

Закон внутреннего трения был установлен И. Ньютоном и имеет вид

, (3)

где - коэффициент внутреннего трения (динамическая вязкость), Пас.

Динамическая вязкость численно равна силе, действующей на единицу площади при градиенте скорости, равном единице.

В системе СГС динамическая вязкость измеряется в Пуазах (П).

1 Па  с = 10 П.

Расстояние, которое пролетает молекула между двумя последовательными столкновениями, называют длиной свободного пробега и обозначают . Длины свободного пробега между отдельными столкновениями молекулы могут значительно отличаться друг от друга. Поэтому пользуются средней длиной свободного пробега :

, (1)

где - число соударений.

Если обозначает среднее число соударений молекулы газа за одну секунду, то сумма в числителе формулы (1) будет выражать путь, пройденной молекулой за 1 с, т.е. среднюю скорость движения молекулы . Таким образом,

= . (2)