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

21076. ОБОРОТНЫЕ СРЕДСТВА ПРЕДПРИЯТИЯ 95 KB
  Понятие состав и структура оборотных средств предприятия. Нормирование оборотных средств предприятия. Измерение эффективности использования оборотных средств. Понятие состав и структура оборотных средств предприятия.
21077. Экологическая экспертиза 96 KB
  Сущность экологической экспертизы и ее объекты Экспертиза от лат. Основными задачами экологической экспертизы являются: организация научно обоснованной комплексной оценки объектов экологической экспертизы; определение степени экологической безопасности уровня экологичности запланированной или осуществляемой деятельности проведение комплексной экологоэкономической оценки взаимодействия экосистем с деструктивными антропогенными факторами; достижение соответствия объектов экспертизы требованиям экологического законодательства...
21078. Экологический маркетинг 80.5 KB
  Это определение можно детализировать таким образом: маркетинг комплекс мероприятий направленных на определение и анализ факторов которые влияют на процессы продвижения товаров от производителя к потребителям и учет их в производственносбытовой деятельности предприятий с целью обеспечения условий продолжительного выживания и развития на рынке. Главной задачей экологического маркетинга является формирование рынка экологических товаров с целью разрешения противоречий между экономическим развитием и необходимостью сохранения и улучшения...
21079. Экологический менеджмент на предприятии 124.5 KB
  Можно сказать что экологический менеджмент это тип управления принципиально ориентированный на формирование и развитие экологического производства и экологической культуры жизнедеятельности человека. Предметом экологического менеджмента являются прежде всего экологические природоохранные ресурсосберегающие и т. Конечной целью экологического менеджмента является минимизация отрицательных влияний бизнесдеятельности на окружающую природную среду достижение высокого уровня экологической безопасности процессов производства и потребления...
21080. Экологический учет, аудит и страхование на предприятии 112 KB
  Общие требования к системе экологического учета на предприятии Экологический учет как управленческий и информационный инструмент управления окружающей природной средой в современном виде сложился не сразу и его формирование продолжается. Обычно информация по первой и второй из перечисленных позиций объединяется под общим понятием собственно экологического учета который еще называют статистическим учетом. Специалисты большинства стран подчеркивают важность соблюдения относительно экологического учета таких общих принципов: сравнимость...
21081. Общетеоретические основы экономики природопользования в контексте проблемы функционирования хозяйственного механизма природопользования 111.5 KB
  Экологизация общественного производства 1. Природопользование представляет собой основную область и форму взаимодействия общественного производства и окружающей среды. Рациональное природопользование это процессы касающиеся рационального использования природных ресурсов воспроизводства отдельных природных ресурсов и элементов окружающей среды а также по охраны природы.13]: 1 социальноэкономические непосредственные связи в сфере производства; 2 экологические непосредственные связи в биоценозах экосистемах; 3...
21082. ГОСУДАРСТВЕННОЕ И РЫНОЧНОЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ 91 KB
  Причины рыночной и государственной неэффективности в охране окружающей среды Формирование механизмов реализации экологической политики концепции устойчивого развития а также экологизации экономики может основываться на трех подходах: прямом регулировании связанном с воздействием государства на процессы экологизации экономики рационализации природопользования и охраны окружающей среды нормативноправовые административноконтрольные меры прямое регламентирование и т. Опыт бывшего Советского Союза и стран Восточной Европы...
21083. Структурно-содержательная основа хозяйственного механизма природопользования (природопользования и экологической безопасности, экологизации производства, экологического регулирования) 253.5 KB
  Общие принципы формирования хозяйственного механизма природопользования. Общие принципы формирования хозяйственного механизма природопользования. Основными особенностями сферы природопользования и охраны окружающей среды как объекта управления являются следующие: Инфраструктурный характер продукции данной сферы качества окружающей природной среды ее экосистем и ресурсов и оказываемых ею услуг природоохранных по ресурсосбережению обеспечению экологической безопасности производства и потребления.
21084. Инструменты экополитики и хозяйственного механизма природопользования 265.5 KB
  Классификация инструментов экополитики и хозяйственного механизма природопользования. Классификация инструментов экополитики и хозяйственного механизма природопользования. Обязательные инструменты экополитики обеспечивают нормативноправовое регулирование которые создают прямые ограничения деятельности юридических и физических лиц в форме правил требований стандартов или указывает на разрешенный способ поведения.