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

4596. Организация пригородного движения на отделении дороги 2.62 MB
  Транспорт России – важная составная часть народного хозяйства. От его деятельности зависит развитие и функционирование предприятий, промышленности, сельского хозяйства, снабжения, торговли. Основная задача транспорта – полное и св...
4597. Принятие решений в условиях неопределенности. Игры с природой 129.5 KB
  Принятие решений в условиях неопределенности. Игры с природой Цель работы: освоить и закрепить практические навыки по принятию и обоснованию управленческих решений в условиях недостатка информации, когда один из игроков не имеет конкретной цели и сл...
4598. Основы программирования и алгоритмические языки. Конспект лекций 211.5 KB
  Лекция 1. Введение в язык java История возникновения языка Java Язык Java является одним из самых молодых языков программирования. Он моложе таких популярных языков, как Basic, Pascal, С и С++. Поскольку в момент создания Java язык С++ являлся...
4599. Основы объектно-ориентированного программирования. Конспект лекций 294.5 KB
  Основы объектно-ориентированного программирования Введение Язык С++ был создан как объектно-ориентированное продолжение одного из самых популярных в мире языков для разработки коммерческих программ. Язык С был разработан как нечто среднее между язык...
4600. Основные логические элементы. Основные приёмы работы в среде MatLab 84.5 KB
  Основные логические элементы Всё цифровое оборудование, от простого до сложного, сконструировано с использованием небольшого количества основных схем. Эти схемы, называемые логическими элементами, выполняют некоторые логические функции с двоичными д...
4601. Основы булевой алгебры. Построение комбинационных схем по структурной формуле на однотипных базовых элементах 163 KB
  Основы булевой алгебры Для описания работы схем вычислительной техники и автоматики используют булеву алгебру. Булевой функцией называют функцию f(x1, x2, х3,…, xn), аргументы которой x1, x1, x2, xn и сама функция принимают значение 0 или 1. Табл...
4602. Сумматор по модулю. Двоичный одноразрядный сумматор 67.5 KB
  Сумматор по модулю 2. Дискретные устройства, выполняющие операцию сложения над числами, представленными в двоичной системе счисления, называются двоичными сумматорами. Сумматор, который выполняет операцию сложения в одном разряде, называют одноразряд...
4603. Арифметические основы работы ЭВМ 70.5 KB
  Арифметические основы работы ЭВМ Правила выполнения арифметических действий над двоичными числами задаются таблицами сложения, вычитания и умножения. Таблица 1 Сложение Вычитание Умножение 0 + 0=0 0 – 0=0 0 x 0=0 0 + 1=1 1 – 0=1 0 x 1=0 1 ...
4604. Простейшие алгоритмы. Поиск 81.5 KB
  Простейшие алгоритмы. Поиск Линейный поиск В массиве ТИП найти элемент равный Алгоритм линейного поиска Цикл while завершит свою работу либо при нахождении элемен...