12568

БАРОЭФФЕКТ ПРИ ВЗАИМНОЙ ДИФФУЗИИ ГАЗОВ

Лабораторная работа

Физика

ОТЧЕТ по лабораторной работе №2М БАРОЭФФЕКТ ПРИ ВЗАИМНОЙ ДИФФУЗИИ ГАЗОВ ВВЕДЕНИЕ Целью данной лабораторной работы является ознакомление с явлением бароэффекта при взаимной диффузии газов а также приобретение знаний и навыков в работе с ...

Русский

2016-10-06

137.5 KB

10 чел.

PAGE  6

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №2М

БАРОЭФФЕКТ ПРИ ВЗАИМНОЙ ДИФФУЗИИ ГАЗОВ

ВВЕДЕНИЕ

Целью данной лабораторной работы является ознакомление с явлением бароэффекта при взаимной диффузии газов, а также приобретение знаний и навыков в работе с вакуумным оборудованием.

. ТЕОРИЯ

Рассмотрим процесс диффузии газов через плоскую щель, соединяющую два сосуда с объемами V1 и V2, которые заполнены различными газами при одинаковых температуре и давлении (рис. 1.1).

В начальный момент времени в объеме Vi содержится только легкий газ с числовой плотностью И) и массой молекул m1, а в объеме V; - только тяжелый газ с плотностью п2 и массой молекул m2. Молекулы легкого газа имеют большую тепловую скорость по сравнению с молекулами тяжелого газа, поэтому они будут проникать в противоположный сосуд быстрее, чем тяжелые. В результате между сосудами возникнет разность давлений, которая вызовет компенсирующий гидродинамический поток. Величина возникающей разности давлений будет определяться соотношением гидродинамического и диффузионных потоков. В некоторый момент времени, когда оба эти потока уравновесят друг друга, полный числовой поток молекул через щель будет равен нулю, а градиент давления достигнет своего максимального значения.

Таким образом, в стационарном состоянии общий числовой поток молекул через полное сечение щели должен быть равен нулю, т.е.

Первое слагаемое в (1.6) представляет собой гидродинамический поток молекул под действием возникшей разности давлений, а второй и третий - диффузионные потоки легкого и тяжелого газов соответственно. Используя соотношение (1.5), условие баланса (1.6) в одномерном случае может быть записано в виде

С другой стороны, скорость гидродинамического потока может быть вычислена по хорошо известной формуле Пуазейля. Для вывода этой формулы рассмотрим течение газа между двумя бесконечно широкими пластинками. Выделим слой газа между двумя параллельными плоскостями, расположенными на расстоянии у и y+dy от плоскости, проходящей посередине между пластинами (рис. 1.2). Скорости движения газа в этих плоскостях равнысоответственно.

В установившемся режиме условие равновесия между силами давления (на единицу ширины) и силами Ньютона, возникающими из-за вязкости газа, можно записать следующим образом:

Для определения постоянной а необходимо задаться граничными условиями. Наиболее часто применяемое граничное условие предполагает, что скорость газа на стенке равна нулю. Однако наличие градиента скорости, перпендикулярного стенке, и градиента концентрации вдоль стенки приводит к эффектам скольжения. Это означает, что величина средней массовой скорости в направлении движения вблизи стенки не будет равна нулю. Точное решение этой задачи может быть проведено методами строгой кинетической теории.

Рассмотрим элементарный вывод формулы для скорости скольжения. Выделим вблизи стенки на расстоянии средней длины свободного пробега λ единичную площадку, параллельную стенке. Из общей физики известно, что число молекул, пересекающих единичную площадку в том и другом направлениях за единицу времени, равно Таким образом, полный перенос импульса в направлении движения вдоль оси х через единичную площадку запишется в виде . - средние скорости молекул, отраженных от стенки и падающих на стенку соответственно.

Этот перенос импульса эквивалентен силе, с которой газ, расположенный с отрицательной стороны площадки, действует на газ с положительной стороны. Эта сила равна ньютоновской вязкой силе F,. Поэтому можно записать

В случае, когда процесс диффузии не приводит к заметному изменению концентраций в объемах, можно считать концентрацию легкого газа при x=l равной с=0, а при х=0 равной с=1. Кроме того, считая изменение концентрации вдоль щели линейным, коэффициент динамической вязкости η заменим на некоторый средний коэффициент η (при с=0.5).

Учитывая вышесказанное, окончательно получаем:

Полученное выражение удобнее записать через молекулярные веса компонент смеси газов в виде:

. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Принципиальная схема экспериментальной установки

Схема экспериментальной установки приведена на рис.1. Диффузионные камеры представляют собой два латунных сосуда 1 и 2 цилиндрической формы, разделенные фланцем 3, в который впаяна щель, образованная двумя плоскими стеклянными пластинками 5. Чтобы избежать смешения газов в момент напуска, щель запирается с помощью уплотняющего устройства 4.

Камеры соединены между собой байпасной трубкой с поворотным краном 8, позволяющей выравнивать давление в системе.

Абсолютное давление в системе измеряется образцовым вакуумметром 12. Краны 6 и 10 служат для напуска газов в диффузионные камеры. Разность давлений, возникающая при диффузии газов через щель, регистрируется с помощью оптического манометра 13.

Откачка газа из системы осуществляется форвакуумным насосом через краны 7 и 9.

Рис. 1

1,2 - камеры; 3 - фланец; 4 - уплотняющее устройство; 5 - стеклянные пластинки; 6,10 - краны напуска газа; 7,9 - краны откачки системы; 8 - байпасный кран; 11,15 - кран отключения манометров; 12 - образцовый вакуумметр; 13 - оптический манометр

. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

3.1. Задание

Ознакомиться с теорией и методикой измерения бароэффекта. Измерить расход воздуха через щель для следующих давлений: 700, 500, 300,200 мм рт. ст.

Определить высоту щели h и константу скольжения ст. Оценить среднюю квадратичную ошибку в измерении и и ст.

Измерить величину бароэффекта для предложенной пары газов при давлении 700 мм рт.ст. Провести сравнение измеренной величины бароэффекта с теоретическим значением.

. ОПЫТНЫЕ ДАННЫЕ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

4.1. ОПЫТНЫЕ ДАННЫЕ

Расчет теоретического значения бароэффекта при данных параметрах:

p=2.78 мм. рт. ст.

Определение высоты щели:

Результаты измерений приведены в таблице.


Опытные данные:

Погрешности измерений:

 

SQ=0,2 10-9


Sa0=0,1 10-10

Sa1=0,8 10-9

=0,6E-7

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе нами была определена зависимость бароэффекта от времени, измерена величина бароэффекта. Измерения были завершены при достижении стационарного значения разности давлений в камерах. В результате, было получено следующее значение высоты щели:
h=(8930±0,6)*10-7 м.

Полученная величина бароэффекта ΔP=3.1 мм. рт. ст. согласуется с ожидаемой ΔPтеор=2.78 мм. рт. ст в пределах SΔP=0,3.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14857. БЕЙНЕЛЕУ ӨНЕРІ АРҚЫЛЫ ЖАСТАРДЫҢ ПАТРИОТТЫҚ СЕЗІМДЕРІН ҚАЛЫПТАСТЫРУ 40 KB
  БЕЙНЕЛЕУ ӨНЕРІ АРҚЫЛЫ ЖАСТАРДЫҢ ПАТРИОТТЫҚ СЕЗІМДЕРІН ҚАЛЫПТАСТЫРУ Амандық Талғат Л.Н.Гумилев атындағы Еуразиялық Ұлттық Университеті Астана қ. Жалпы адам баласында рухани және материалды байлық деген бар. Соның ішінде адамды адам етіп ұлтты ұлт етет...
14858. Бейнелеу өнерінің әмбебап тақырыбы, идеясы, мазмұны мен қыр-сыры 96.5 KB
  Бейнелеу өнерінің әмбебап тақырыбы идеясы мазмұны мен қырсыры Өткен жолыңды қорытындылау жете түсіну және бағалауға деген ұмтылыс әр саналы тұлғаға тән. Сондықтан адамның осы қасиеті оның ұлттық рухани түсінігінің жалпылама процестерін де анықтайды. Өнердің
14859. Бейнелік шығармалар мен мүсіндік композициялар 103.5 KB
  Бейнелік шығармалар мен мүсіндік композициялар Соғыстан кейінгі жылдары бізде мүсін өнері де пайда болғанын айта кету қажет. Онымен әуелі шеттен келгендер айналысса содан соң өзіміздің мүшелер шықты. Соның алдыңғы қатарында Исаак Иткинд де болды. Оның жұмыстарыны
14860. ӘЛЕМДIК ТҰТАСТАНУ 76 KB
  ӘЛЕМДIК ТҰТАСТАНУ [1]Бiр үлкен империяның құрамынан шығып ұлттық мемлекетiн ендiендi орнатып келе жатқан Қазақстан көз ашпастан күллi жиһанды қоршаған һәм бопсалаған әлемдiк тұтастану барысының өтiнен шыға келдi. Бiздi қатты толғандыратын шекара топырақ ұлттық егемендiк
14861. Әскери өнердің шыңдалған шыңы – жекпе-жек 66 KB
  Әскери өнердің шыңдалған шыңы – жекпежек Ұстағалиев Ернар ҚазҰУдің 4 курс студенті Ғасырлар бойы қалыптасқан қазақ халқының әскери өнері оның әскеритарихи болмысын айқындап берді. Көшпелілердің әскери жүйесінің мұрагері қазақтар өз заманына сай аталған өнерд...
14862. ИРАН ЖӘНЕ ТҮРКІСТАН 150.5 KB
  ИРАН ЖӘНЕ ТҮРКІСТАН Мұртаза Жүнісұлы БҰЛҰТАЙ ИСЛАМИЯТТЫҢ ТҮРКІСТАНДА ТАРАЛУЫ ЖӘНЕ ИРАН МӘДЕНИЕТІ Исламияттың Түркістан елдерінде таралуындағы Иран халықтары мен мәдениеттерінің алар орны ерекше. Сонау Хазіреті Мұхаммедтің 569632 vV: y[V2 yV7~ V. өмірінде парсы жұ
14863. Киiз туырлықты, ағаш уықты 36 KB
  Киiз туырлықты ағаш уықты Қазақы бала бала емес өзбекi мал мал емес деген мақал қазақтар мен өзбек сарттардың араласқұралас отырған аймағында пайда болған деп түсiндiредi ғалым Ә.Қайдар. Ташкенттiң базарына базарлауға барған қазақтардың астыүстiне түсiп қызмет iсте
14864. «КӨК БӨРІ» СӨЗІНІҢ ТҮРІК МИФОЛОГИЯСЫНАН АЛАТЫН ОРНЫ 72 KB
  КӨК БӨРІ СӨЗІНІҢ ТҮРІК МИФОЛОГИЯСЫНАН АЛАТЫН ОРНЫ Түбі бір түркі тілдес халықтардың ауызекі әдебиетінде түбірі мағынасы бір сөздер көптеп кездеседі. Біреуі өзінің мәнін жоғалтып пайдаланудан шықса енді бірі уақыт өте бейімделіп тұрмыстірлікте қолданып кел
14865. КӨНЕ ДӘСТҮРДIҢ ОЗЫҒЫН ҚАЙТА ЖАҢҒЫРТСАҚ 67 KB
  ТАРИХ ТАҒЫЛЫМЫ КӨне дәстүрдiң озығын қайта жаңғыртсақ Жұмағұл ШӨженов Балқаш қаласының мамандандырылған әкiмшiлiк сотының төрағасы Шешендiк өнер Ұлы даланың тiршiлiгiнен өмiрге келген табиғи туындысы сол ортаның мұрасы ұлттық рухымыздың биiгi д...