 |
Определение длины свободного пробега молекул
|
|
|
|
Молекулярно-кинетическая теория газов дает для коэффициента вязкости следующее выражение: 
(10), где ρ – плотность газа при данной температуре, V и 
- средние значения скорости теплового движения и длины свободного пробега молекул. Определив ρ из уравнения Менделеева-Клапейрона и, подставив 
(11), найдём из (10) среднее значение λ:
(12).
Молярная масса воздуха μ=29 кг/к моль, давление воздуха Р следует взять по лабораторному барометру. Формула (12) позволяет оценить λ по найденному из эксперимента значению вязкости η. Молекулярно-кинетическая теория непосредственно для величины λ дает следующее выражение: 
(13), где d – эффективный диаметр молекулы. Для воздуха можно взять среднее значение d≈3 10-8 см.
Внешний вид установки
Р1 К Р2
а
b
Описание установки
Прибор состоит из сосуда с делениями, наполненного водой 1; водяного манометра 2 и капилляра К. Когда из сосуда выливается вода, при открытом кране 3, давление внутри сосуда понижается и через капилляр засасывается воздух через осушитель 4. Благодаря внутреннему трению, давление на концах капилляра становится неодинаковым: Р1 и Р2. Разность этих давлений ΔР = Р1 - Р2 измеряется манометром.
Ход работы
1. Ознакомиться с теорией вопроса по описанию и предлагаемой литературе.
2. Проградуировать сосуд с нанесёнными на нём метками. Для этого заполнить его водой и с помощью мензурки определить объём воды, которая выливается при опускании уровня воды в сосуде от одной (а) до другой (b) метки. Снова заполнить сосуд с водой выше метки а.
3. Открыть кран и выждать, пока не установится стационарное течение. Признаком этого будет постоянство значения ΔР = Р1- Р2 с течением времени.
|
|
|
4. Как только уровень воды установится против метки, включить секундомер и определить время, за которое известный объём воздуха (между делениями а и b) вытечет из сосуда.
5. Измерить температуру воздуха и атмосферное давление в лаборатории.
6. Для определения ΔР = Р1- Р2 в системе СИ, учесть, что Р=ρgh, где g =10 м/с2,
h - разность уровней жидкости в манометре. Значение плотности воды при данной температуре взять из прилагаемой таблицы.
7. Вычислить значения η и λ по формулам (9), (12).
8. Опыт провести три раза при неизменном значении h, занося результаты в таблицу.
9. Выводы с расчетами занести в отчет.
Таблица экспериментальных результатов.
| № | h, м | t, с | V, м3 | ΔР, Па | η, Па·с | Δη | εη | λ, м | Δλ, м | ελ |
| 1. 2. 3. | ||||||||||
| Δηср= | Δλср= |
Вопросы для допуска к работе.
1. Что понимается под явлением переноса? Приведите примеры.
2. В чём заключается явление вязкости газов и жидкостей?
3. Поясните, в чём заключается метод измерения вязкости на данной установке.
4. Что понимается под средним значением длины свободного пробега молекулы? Как оно зависит от давления, температуры и концентрации молекул?
5. Какова размерность коэффициента вязкости в системе СИ? Получите размерность коэффициента вязкости и дайте определение единицы измерения коэффициента вязкости.
6. Опишите назначение приборов и принадлежностей в экспериментальной установке и поясните последовательность измерений и расчетов.
Литература
1. Савельев И.В. Курс общей физики. - М.: Наука. 1987.
2. Яковлев В.Ф. Курс физики. Теплота и молекулярная физика. - М.: Наука, 1976.
3. Сивухин Д.В. Общий курс физики, т. 2. - М.: Наука, 1975.
|
|
|
Плотность воды при разных температурах
| 0С | Плотность г/см3 | 0С | Плотность, г/см3 | 0С | Плотность, г/см3, |
| 0,99987 0,99993 0,99997 0,99999 1,00000 0,99999 0,99997 0,99993 0,99988 0,99981 0,99973 0,99963 | 0,99952 0,99940 0,99927 0,99913 0,99897 0,99880 0,99862 0,99843 0,99823 0,99802 0,99780 0,99757 | 0,99732 0,99707 0,99681 0,99654 0,99626 0,99597 0,99567 0,99537 0,99505 0,99470 0,99440 0,99406 |
|
|
|
