Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

“ЛЭТИ”

кафедра физики

ОТЧЕТ

по лабораторно-практической работе № 11.

Исследование процессов переноса в газах

Выполнил

Факультет КТИ

Группа № 5372

Преподаватель Мирошкина Т.Я..

Оценка лабораторно-практического занятия
Выполнение ИДЗ	Подготовка к лабораторной работе	Отчет по лабораторной работе	Коллоквиум		Комплексная оценка

“Выполнено” “____” ___________

Подпись преподавателя __________

Лабораторная работа 11

Исследование процессов переноса в газах

Цель работы: изучение явлений переноса в газе. Определение коэффициента диффузии, вязкости газа, длины свободного пробега и эффективного диаметра молекул.

Приборы и принадлежности: прибор для измерения объемной скорости газа.

Описание установки:

Прибор для измерения объемной скорости течения газа (рис. 3.3) состоит из сосуда 1 с исследуемым газом и сосуда 2, заполненного водой и присоединенного к сосуду 1 гибкой трубкой. Давление в сосуде 1 регулируется перемещением по вертикали открытого сосуда 2 и измеряется U-образным манометром 3 (1 мм вод. ст.  10 Па). Сосуд 1 сообщается с атмосферой через кран 4 и узкую трубку 5. Положение уровня жидкости и изменение объема газа в сосуде 1 определяются по шкале 6 (1 деление соответствует 5 см³).

К явлениям переноса относят диффузию, внутреннее трение (вязкость), теплопроводность. В данной работе исследуются первые два явления.

Основные расчетные формулы.

1. -Формула для определения коэффициента вязкости.

Где - коэффициента вязкости; -радиус капилляра; -разность давлений в сосуде №3; -время течения газа в сосуде; -объем протекающего газа(воздуха.)

2. = V / (t  a²). Где  средняя по сечению скорость течения газа; t-время течения газа в сосуде; -радиус капилляра.

3. = (8RT / )^1/2 Где - средняя скорость теплового движения молекул; R = 8,31 (Дж/Кмоль)  универсальная газовая постоянная; T  температура газа;   молярная масса газа (молярная масса воздуха  = 29 ∙ 10^3 кг/моль.)

4. Где - средняя длина свободного пробега; d  газокинетический диаметр молекул; n – концентрация молекул газа.

5.  = D . Где D  коэффициент диффузии;   плотность газа.

6. -число Рейнольдса.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Прямые и косвенные измерения

51.5-45.7=5.8

52-46.2=5.8

52.5-46.5=6

51.3-45.8=5.5

51.7-45.9=5.8

Где 1=

1. Проверка на промахи:

||/ для N=5 и P=95% =0.64

=495-487=8; (495-492)/8=0.375<0.64; (488-487)/8=0.125<0.64

||/; =6-5.5=0.5; (6-5.8)/0.5=0.4<0.64;

(5.8-5.5)/0.5=0.6<0.64

||/; =2.931-2.88=0.051;(2.931-2.912)/0.051=0.3725<0.64;

(2.896-2.889)/0.051=0.137<0.64.

T.е. промахов в выборке нет.

2. Расчет среднего:

490.4 Па

5.78=

2.9016 c.

3. Среднеквадратичное отклонение среднего арифметического:

1.435 Па

.

0.0009 c.

4.Расчет случайной погрешности по размаху выборки:

=8; для N=5 и P=95% =0.51 =*R=4.08Па.

=0.5; для N=5 и P=95% =0.51 =*R=0.255.

=0.051; для N=5 и P=95% =0.51 =*R=0.02601 c.

5. Приборная погрешность:

=0.5Па

6. Расчет полной погрешности:

1.435+0.5=1.935. Округленное значение 2Па.

Отсюда следует, что значение должно быть округлено до целых.

0.08+0.025=0.105. Округленное значение 0.1.

Отсюда следует, что значение должно быть округлено до десятых.

0.0009+0.0005=0.0014.Округленное значение 0.001 c.

Отсюда следует, что значение должно быть округлено до тысячных.

7. Результат в округленной форме:

С вероятностью P=95%.

8. Определения коэффициента вязкости :

=

9. Полная погрешность:

Погрешность в округленной форме:

отсюда следует, что среднее значение должно быть округлено до сотых.

Округленный результат:  =    =6.870.28

2. Расчет коэффициента диффузии:

(5.330.22)

Округленный результат:

3. а) Расчет средней длины свободного пробега:

(8RT / )^1/2

б) Расчет газокинетического диаметра молекул:

p=nkT

0.51нм.

4. Проверка выполнения принятых в работе допущений о стационарности течения газа и отсутствия турбулентности, т. е. завихрений течения.

-число Рейнольдса.

= V / (t  a²). Где  средняя по сечению скорость течения газа.

= V / (t  a²)=

Тогда число Рейнольдса равно:

118

Так как число Рейнольдса ()<1000это доказывает стационарность течения газа и отсутствия турбулентности, т. е. завихрений течения в нашей системе.

Вывод:

Хаотическое движение молекул в газе приводит к тому, что в объеме газа поддерживается равновесное состояние, которое характеризуется постоянством параметров состояния газа и концентрации молекул во всем его объеме.

При нарушении равновесия в газе хаотическое движение молекул приводит к возникновению макроскопических потоков, стремящихся восстановить нарушенное равновесное состояние. Явления, возникающие при протекании этих процессов, называются явлениями переноса.

Для изучения явлений переноса в газе (воздухе) я определил коэффициент диффузии, вязкость газа, длину свободного пробега и эффективный диаметр молекул.

Благодаря числу Рейнольдса () я доказал стационарность течения газа и отсутствия турбулентности в приборе для измерения объемной скорости течения газа, которая изображена на рисунке1.