 |
Описание экспериментальной установки
|
|
|
|
Для определения коэффициента вязкости воздуха предназначена экспериментальная установка ФПТ 1-1, общий вид которой изображен на рис.3.
Воздух в капилляр 4 нагнетается микрокомпрессором, размешённым в блоке приборов 2. Объемный расход воздуха измеряется реометром 5, анужное его значение устанавливается регулятором "Воздух", который находится на передней панели блока приборов. Для измерения разности давлений воздуха на концах капилляра предназначен U-образный водяной манометр 6. Геометрические размеры капилляра – диаметр D=1,00мми длина L=0,1мм (указаны на рабочем месте).
Дополнительно можно определить другие важнейшие характеристики газа (2), в частности, среднюю длину свободного пробега молекул 
по формуле
, (1.9)
эффективный диаметр молекул 
по формуле
(1.10)
здесь R - газовая постоянная R=8,31×103 Дж/(кмоль-К),
- постоянная Больцмана k=1,38х10-23 Дж/К,
- молярная масса воздуха 
кг/кмоль,
, 
- давление и температура воздуха во время проведения опыта (см. приборы),
h - коэффициент внутреннего трения (из опыта).
Рис.3 Общий вид экспериментальной установки ФПТ 1-1
1 — блок рабочего элемента; 2—блок приборов З — стойка; 4— капилляр
5 ― реометр б — манометр.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
- Включить установку тумблером "Сеть".
- С помощью регулятора "Воздух" установить по показаниям реометра выбранное значение объемного расхода воздуха Q.
- Измерить разность давлений
в коленах манометра. Значения Q и занести в таблицу 1.
Таблица 1
| № измерения | Q м3/с | ,Па
| 
|
- Повторить измерения по пп. 2-3 для 5 значение объемного расхода
- Установить регулятор расхода воздуха на минимум, после чего выключить установку тумблером «Сеть».
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ.
|
|
|
1. Для каждого режима определить по формуле Пуазейля коэффициент вязкости воздуха: 
.
2. Найти среднее значение коэффициента вязкости, как
3. Найти среднюю абсолютную и относительную погрешности для коэффициента
внутреннего трения
; 
, где
, 
4. Записать окончательный результат 
.
5. По формуле 
вычислить среднюю скорость теплового движения
молекул воздуха, учитывая, что молярная масса воздуха кг/кмоль, а
универсальная газовая постоянная R=8,31×103 Дж/(кмоль-К).
- По формуле
вычислить среднюю длину свободного пробега молекул.
7. Определить относительную погрешность 
8. Определить абсолютную погрешность 
и записать окончательный результат
; 
9. По формуле рассчитать эффективный диаметр молекул.
10. Определить относительную погрешность 
11. Определить абсолютную погрешность 
и записать окончательный результат
; 
12. Определить абсолютную погрешность и записать окончательный результат
;
13. Сделать выводы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Расскажите о явлениях переноса в газах.
2. Объясните явление внутреннего трения в идеальном газе с точки зрения молекулярно-кинетической теории.
3. Напишите и объясните формулу Ньютона для внутреннего трения.
4. Какой физический смысл коэффициента вязкости? В каких единицах СИ измеряется эта величина?
5. Напишите формулу для коэффициента вязкости идеального газа.
6. Какая величина называется средней скоростью теплового движения молекул идеального газа? Oт каких физических величин она зависит?
7. Какая величина называется средней длиной свободного пробега молекулы? От каких физических величин она зависит?
8. В чем заключается капиллярный метод определения коэффициента вязкости газов?
9. Выведите формулу Пуазейля. При каких условиях ее применяют?
10. Как изменяется скорость движения газа по радиусу канала при ламинарном режиме течения
|
|
|
11. Как оценить среднюю длину свободного пробега и эффективный диаметр молекулы газа, используя явление внутреннего трения в газах?
12. Почему при строительстве магистральных газопроводов используют трубы большого диаметра, а не увеличивают давление газа при его транспортировании.
ЛИТЕРАТУРА.
1. И.В.Савельев. Курс общей физики. М.,"Наука",1977,т.I §75, 77.
2. И. С. Ромченко. Физический практикум, ч. 1, МИФИ.
3. Г.А. Зисман, О.М.Тодес. Курс общей физики, t.i, § 28, М.."Наука", 1962.
4. Т.И. Трофимова. Курс физики.М. «Высшая школа», 1990.
|
|
|
