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

25 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

55493. Путешествуем с географией 59.5 KB
  Цели урока: познакомить учащихся с географической картой планеты и особенностями природы наших материков; воспитывать у учащихся интерес к знаниям, внимательность, заинтересованность; развивать умения и навыки работы с картами, дополнительной литературой.
55494. Пять уроков в PhotoShopе 3.98 MB
  Очень важно пройти весь путь от сканирования фотографии или ввода компьютерного изображения до его окончательного применения в практических целях докладах презентациях проектной работе. Для представления обработки и хранения изображения в компьютере...
55495. Характеристика методу навчання співробітництві варіант «Ажурна пилка» 112 KB
  Застосування методу робота в групах на уроках теоретичного навчання. Характеристика методу навчання співробітництві варіант Ажурна пилка8 Висновок. Одним із нових напрямків у підвищенні якості підготовки робітників і спеціалістів є технологічний підхід до навчання який полягає у повному управлінні навчальним процесом відтворенні усіх навчальних дій корекції навчального процесу оперативному зворотному звязку. Саме такій підхід є гарантією досягнення...
55496. Педагогическая деятельность. Психологический анализ урочной деятельности 105 KB
  Ответьте на следующие вопросы: В чем смысловое отличие термина психологический анализ урока от термина педагогический дидактический методический анализ урока С какой целью проводится психологический анализ урока...
55499. Österreich aktuell 28 KB
  Bezogen auf die Einwohnerzahl ist … das kleinste Bundesland Österreichs. a) Burgenland b) Salzburg c) Tirol 3. Bezogen auf die Fläche ist … das kleinste Bundesland Österreichs. a) Steiermark b) Tirol c) Wien 4. Das südlichste Bundesland Österreichs ist …
55500. And there will be humans on the Earth (Taras Shevchenko) 532 KB
  An orphan, a serf from an indigent village lost in the Ukrainian steppes, where The Menology was the only book, Taras Shevchenko was able to enter national and world culturre as an outstanding painter and engraver as one who had created hundreds of first-rate works of art.