13324

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ВНУТРІШНЬОГО ТЕРТЯ ТА СЕРЕДНЬОЇ ДОВЖИНИ ВІЛЬНОГО ПРОБІГУ МОЛЕКУЛ ПОВІТРЯ

Лабораторная работа

Физика

Лабораторна робота № 10 ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ВНУТРІШНЬОГО ТЕРТЯ ТА СЕРЕДНЬОЇ ДОВЖИНИ ВІЛЬНОГО ПРОБІГУ МОЛЕКУЛ ПОВІТРЯ Мета роботи: а вивчення основних законів молекулярнокінетичної теорії газів; б експериментальне визначення основних параметрів молекулярн...

Украинкский

2013-05-11

400 KB

24 чел.

Лабораторна робота № 10

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ВНУТРІШНЬОГО ТЕРТЯ ТА СЕРЕДНЬОЇ ДОВЖИНИ ВІЛЬНОГО ПРОБІГУ МОЛЕКУЛ ПОВІТРЯ

Мета роботи: а) вивчення основних законів молекулярно-кінетичної теорії газів; б) експериментальне визначення основних параметрів молекулярно- кінетичної теорії газів.

Прилади і матеріали: установка до лабораторної роботи, скляний стаканчик, терези, термометр, барометр.

Теоретичні відомості та опис приладів. В процесі теплового руху молекули газу постійно стикаються одна з другою. Внаслідок цього змінюється їх швидкість. Мінімальна віддаль, на яку можуть зблизитись молекули, називається їх ефективними діаметрами. Віддаль, яку проходить молекула між двома співударами, називається довжиною вільного пробігу.

В даній роботі визначається середня довжина вільною пробігу так як довжини пробігу окремих молекул внаслідок статистичного характеру процесів в газах відрізняються.

Молекулярно-кінетична теорія дає можливість одержати формули, в яких макроскопічні параметри газу (тиск, об’єм, температура) пов’язані з його мікропараметрами (розміри молекул, їх маса, швидкість). Користуючись цими формулами, можна при допомозі легко вимірюваних параметрів - тиску, температури, коефіцієнта внутрішнього тертя, одержати мікропараметри - розміри молекули, довжину її вільного пробігу та ін.

Схему установки для визначення коефіцієнта внутрішнього тертя та середньої довжини вільною пробігу молекул повітря наведено на малюнку 10.1, де 1 - капіляр; 2 - мірна склянка; 3 - посудина з водою; 4 - кран; 5 - метрична шкала. Коли з посудини витікає вода, внаслідок пониження тиску через капіляр засмоктується повітря. Різниця тисків на кінцях капіляра , зумовлена внутрішнім тертям, визначається як середнє між двома значеннями гідростатичного тиску стовпа води на початку та наприкінці проміжку часу г її витікання (тиск лінійно залежить від висоти стовпа води), тобто


де  - густина води, h1 і h2 висоти стовпчиків води на початку та наприкінці витікання води, g - прискорення вільного падіння.

Згідно з молекулярно-кінетичною теорією газів коефіцієнт внутрішнього тертя  визначається за формулою:

    (10.2)

де  - густина газу при даній температурі; v - середня арифметична швидкість, тобто середнє значення абсолютної величини швидкості молекул газу; l середня довжина вільного пробігу молекул газу. Оскільки

    (10.3)

де R = 8,31Дж/(моль-К) - універсальна газова стала, Т - абсолютна температура і  - молярна маса газу, а для газів, як і для рідин, коефіцієнт внутрішнього тертя  для стаціонарної ламінарної течії визначається формулою Пуазейля

    (10.4)

де  - різниця тисків на кінцях капіляра через який протікає об'єм  газу за

час ,  - радіус капіляра, а - його висота (довжина). Густину газу  можна знайти з рівняння Клапейрона-Менделєєва :

    (10.5)

де р - тиск газу.

Підставляючи (10.3), (10.4), (10.5) в рівняння (10.2) та розв'язуючи його відносно  одержуємо:

   (10.6)

Ефективний діаметр молекули можна підрахувати із формули, що виражає його зв'язок з середньою довжиною вільного пробігу:

    (10.7)

де п - число молекул в одиниці об'єму при даних умовах, dефективний діаметр молекули.

Враховуючи, що тиск р пов'язаний з числом молекул в одиниці об'єму співвідношенням р = пkТ, де k - стала Больцмана, можна записати:

    (10.8)

де n0 =2,69 10-19m3 - число Лошмидта - число молекул газу в одиниці об'єму при нормальних умовах0, Т0).

Підставляючи (10.8) в рівняння (10.7) та розв'язуючи його відносно d одержуємо:

    (10.9)

Враховуючи (10.1) отримуємо з (10.4) та (10.) робочі формули:

    (10.10)

     (10.11)

Примітка: Розміри капіляра: а=50мм; r=0,3мм.

Порядок виконання роботи

  1.  Зважити склянку 2.
  2.  Заповнити посудину 3 водою.
  3.  Відкрити кран 4 і дочекавшись, коли вода почне витікати краплями, підставити склянку, включивши одночасно секундомір.
  4.  Виміряти по шкалі, прикріпленій на посудині, висоту початкового рівня води А, (в момент появи крапель).
  5.  Коли в стаканчику буде приблизно 50-70 см3 води перекрити кран і зупинити секундомір. Записати час витікання рідини .
  6.  Виміряти новий рівень води h2.
  7.  Зважити стаканчик з водою і по масі води яка витекла визначити її об'єм, який буде рівний об'єму повітря, що зайшло в посудину через капіляр.
  8.  Температуру виміряти кімнатним термометром, а атмосферний тиск визначити барометром.
  9.  Підрахувати середню довжину вільного пробігу молекул та коефіцієнт внутрішнього тертя повітря по робочим формулам (10.10) та (10.11).
  10.  Дослід повторити три рази з різними значеннями h1, h2 та .

11. По табличному значенню середньої довжини вільного пробігу знайти ефективний діаметр молекули азоту по формулі (10.9).

12. Вивести формулу для обчислення відносної та абсолютної похибок  і  та визначити похибки.

13. Результати вимірів та підрахунків занести у звітну таблицю.

№ п/п

r

R

T

g

h1

h2

a

p

,%

Контрольні запитання

  1.  Що називають довжиною вільного пробігу молекул газу?
    1.  Що означає термін "довжина вільного пробігу" для суміші газів?
    2.  Як залежить коефіцієнт внутрішнього тертя від температури для рідин та газів? Пояснити.

Література

  1.  Ахматов А.С. Лабораторний практикум по фізиці.
    1.  Кудрявцев В.В. Курс фізики. - К.: Освіта.
      1.  Кікоїн І.К., Кікоїн А.К. Молекулярна фізика.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20474. Ефективність програмного забезпечення та її оцінка 36 KB
  Оптимізація – це покращення характеристик програмної системи або просто програми. Отже перший етап програмування – створення правильної програми і лише другий – її оптимізація. Але перед тим як починати покращувати ефективність програми слід перевірити наскільки це покращення буде корисним і точно визначити місце яке слід переробити. Справа у тому що існує правило 20 80: 20 об’єктного коду тексту програми виконується 80 часу роботи всієї програми.
20475. Абсолютна величина і норма матриці 139 KB
  За абсолютну величину модуль матриці будемо вважати матрицю де – модулі елементів матриці . Якщо і – матриці для яких операції і мають сенс то: а б в число. За норму матриці вважаємо дійсне число що задовольняє умови: а причому тоді і тільки тоді коли =0; б число і зокрема ; в ; г і матриці для яких відповідні операції мають сенс.
20476. Біном Ньютона 31 KB
  Запишемо його у вигляді добутку пронумерувавши дужки: Кожний доданок містить n множників: k множників a і nk множників b тобто має вигляд akbnk де k≤n k≥0.
20477. Візуальні мови проектування специфікацій 36 KB
  Складність сучасних обчислювальних систем а також висока вартість створення якісного та надійного програмного забезпечення ЕОМ стимулюють розвиток теоретично обгрунтованих методів та засобів розробки програмних систем. Особливо актуальним є застосування таких методів та засобів при об'єктноорієнтованому підході до створення програмних систем. Формалізовані візуальні мови набули широкого використання при проектуванні та розробці складних програмних систем. Об'єктноорієнтовані методи розробки програмного забезпечення широко застосовують...
20478. Властивості сполучень (Трикутник Паскаля) 25.5 KB
  Ряди трикутника Паскаля умовно пронумеровані згори починаючи з нульового й числа в нижньому ряді відносно чисел у попередньому ряді завжди розміщені ступінчасто й навскіс. Кожне число в кожному ряді одержуємо додавши два числа розміщені вгорі зліва і справа. Наприклад перше число в першому ряді 0 1 = 1 тоді як числа 1 і 3 в третьому ряді утворюють число 4 в четвертому ряді: 1 3 = 4. Правило Паскаля стверджує: якщо kй біноміальний коефіцієнт в біноміальному ряді для x yn тоді для будьякого додатного цілого n і будьякого...
20479. Графічний метод відокремлення коренів 39.5 KB
  Найчастіше в додатках використовуються трансцендентні рівняння. Для відокремлення коренів можна ефективно використати ЕОМ. Проте слід пам’ятати що дане твердження справедливе лише за умов монотонності на заданому відрізку і виборі достатньо малого кроку приросту аргументу з врахуванням характеристик. Слід аналізувати три можливості що можуть виникнути а саме: Якщо рис.
20481. Детальний розгляд критичних етапів життєвого циклу. Принципи структурного аналізу 34 KB
  Принципи структурного аналізу. Всі методології структурного аналізу базуються на ряді загальних принципів частина з яких регламентує організацію робіт на початкових етапах ЖЦ а частина використовується при виробленні рекомендацій щодо організації робіт. В якості двох базових принципів використовуються наступні: принцип розділяй і володарюй і принцип ієрархічного упорядкування. Перший є принципом вирішення важких проблем шляхом розбиття їх на безліч менших незалежних завдань легких для розуміння і вирішення.
20482. Совокупное предложение и кривая 94 KB
  Совокупное предложение базируется на производственных возможностях национальной экономики. Оно является функцией экономики от доступных на текущий момент факторов производства, технологии и уровня цен. В процессе анализа совокупного предложения важно различать совокупное предложение в краткосрочном и долгосрочном периодах.