asyan.org
добавить свой файл
1

Херсонський державний технічний університет

Кафедра загальної та прикладної фізики

Дисципліна: фізика. Розділ ”Молекулярна фізика”

Погребняк І.Ф. 24.03.2004.



Лабораторна робота № 5–4

ВИЗНАЧЕННЯ СЕРЕДНЬОЇ ДОВЖИНИ ВІЛЬНОГО ПРОБІГУ ТА

ЕФЕКТИВНОГО ДІАМЕТРА МОЛЕКУЛ ПОВІТРЯ


Мета роботи: ознайомлення з явищем внутрішнього тертя газу та визначення коефіцієнта внутрішнього тертя повітря за допомогою метода витікання через капіляр.

Обладнання: установка для вимірів, секундомір.
^

Теоретичні відомості


Молекулярно – кінетична теорія дозволила зв’язати макроскопічні параметри газу (тиск, об’єм, температура та ін.) з його мікроскопічними параметрами (розмір та маса молекул, їх швидкість, середня довжина вільного пробігу та ін.).

Для знаходження середньої довжини вільного пробігу будемо використовувати формулу, що зв’язує її з коефіцієнтом внутрішнього тертя .

, (1)

де - середня арифметична швидкість молекул газу,

- густина газу; - тиск газу;

- молярна маса; - універсальна газова стала;

- температура.

Тоді маємо, що (2)

В роботі використовується залежність коефіцієнта в’язкості від параметрів трубки, через яку проходить газ (рис. 1) та різниці значень тиску на кінцях трубки (формула Пуазейля):

, (3)

де - об’єм газу, що пройшов через трубку; - довжина капіляра;

- внутрішній радіус капіляра; - час протікання газу;

- діаметр трубки; - перепад рівня рідини у трубці

при проведенні експерименту.

У свою чергу зв’язана з ефективним діаметром молекул :

, (4)

де - концентрація молекул при кімнатній температурі . ЇЇ значення можна розрахувати, оскільки концентрація молекул довільного газу при нормальних умовах () відома – це так зване число Лошмідта. Тоді, враховуючи, що , отримаємо:

(5)

Остаточно (6)

Опис експериментальної установки



  1. сполучені посудини.

  2. Поплавець.

  3. Пробка з капіляром.

  4. Посудина для накопичення рідини.

  5. Сифонна трубка.

Переміщуючи посудину 4 вгору чи вниз ми заповнюємо чи звільняємо від рідини сполучені посудини, тобто регулюємо рівень рідини в них.

Позначки та на посудині – для визначення робочої області перепаду рівня рідини.
^

Проведення експерименту


  1. Занести значення кімнатної температури у таблицю № 1.

  2. Піднімаючи резервуар 4, встановити однаковий рівень рідин у колінах так, щоб він знаходився вище позначки .

  3. Швидко опускаючи резервуар 4, отримаємо різницю між рівнями рідини в колінах сполучених посудин - різниця між рівнем рідини в лівому коліні при досягненні позначки та положенням рідини в правому коліні. Результати вимірювань занести до таблиці № 1.

  4. Коли рівень рідини у правому коліні сягне позначки , вмикаємо секундомір, а позначки - вимикаємо. Результати показів секундоміра занести до таблиці № 1.

  5. Пункти 2-4 провести 5 разів.

^ ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ

  1. Різниця тисків на кінцях капілярів знаходиться з рівняння . Результати розрахунків занести до таблиці № 1.

  2. Для кожного експерименту за допомогою формули (3) визначити коефіцієнт в’язкості . Результати розрахунків занести до таблиці № 1.

  3. Розрахувати середнє значення коефіцієнта в’язкості за формулою
    ,
    де - кількість дослідів.
    Результати розрахунків занести до таблиці № 1.

  4. За допомогою формули (2) визначити середнє значення довжини вільного пробігу молекул повітря . Результати розрахунків занести до таблиці № 1.

  5. За допомогою формули (6) визначити ефективний діаметр молекул повітря . Результати розрахунків занести до таблиці № 1.

^

Таблиця № 1





1

2

3

4

5































































































Довідкова інформація

Молярна маса повітря



29 г/моль

Внутрішній діаметр трубок посудини



13 мм

Радіус капіляра



0,27 мм

Довжина капіляра



50 мм

Прискорення вільного падіння



9,8 м/с2

Густина води



1000 кг/м3

Універсальна газова стала



8,31 Дж/(кг*К)

Число Лошмідта



2,6868*1025

Контрольні запитання

  1. Фізичний зміст середньої довжини вільного пробігу молекул.

  2. Який зв’язок між коефіцієнтом в’язкості і середньою довжиною вільного пробігу молекул газу?

  3. Що таке ефективний діаметр молекули?

  4. Що таке число Лошмідта?

Література

  1. И.В. Савельев. Курс общей физики, т.1.-М.:Наука, 1987.

  2. Л.Д. Ландау, Е.М. Лившиц. Статистическая физика. - М.:Наука, 1976

Сторінка 1 з 4