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

47296. Интерполяция, экстраполяция и аппроксимация данных 1.4 MB
  Тема проекта Выполнить расчеты связанные с обработкой экспериментальных данных методами интерполяции экстраполяции и аппроксимации в математической системе Mthcd и Microsoft Ecxel. Описание используемых функций табличного процессора Microsoft Excel и Mthcd. Реализация заданий по обработке экспериментальных данных методами интерполяции экстраполяции и аппроксимации в математической системе Mthcd
47297. Расчет привода с червячным одноступенчатым редуктором электродвигателя марки 4А132S4 914.11 KB
  Технический уровень всех отраслей народного хозяйства в значительной мере определяется уровнем развития машиностроения. На основе развития машиностроения осуществляется комплексная механизация и автоматизация производственных процессов в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, на транспорте.
47298. Дизайн інтер’єру футбольного кафе «Сокер» Вул.Федорова7 44.8 MB
  3 Виникнення спорткафе та його значення в суспільстві. Футбольна тематика у створенні кафе. Вітчизняний і закордонний досвід у проектува нні футбольних кафе.
47299. Исследование института авторских прав в российском гражданском праве 97.32 KB
  Первооткрывателем в сфере авторского права стала Великобритания где в 1710 г. Однако практическая реализация указанных прав и обеспечение их эффективной охраны в некоторых случаях зависят от добросовестности лиц обладающих субъективными правами на произведения науки литературы и искусства. Систематизация законодательства об авторских и смежных правах и об интеллектуальной собственности в целом в том числе норм об обязательствах позволила исключить некоторые противоречия например между законодательством о произведениях и программах для...
47300. Электроснабжение района города и развивающегося промышленного предприятия 8.61 MB
  Проверка выбранных кабелей по потерям напряжения. Проверка кабелей 10 кВ по нагреву в послеаварийном режиме и допустимым потерям напряжения.3 Проверка кабелей 10 кВ по допустимым потерям напряжения. Проверка кабелей 10 кВ по нагреву в послеаварийном режиме и допустимым потерям напряжения.
47301. Контроль знаний и умений учащихся по математике в школе 390 KB
  Проблема контроля за учебной деятельностью учащихся не нова, и педагогический опыт накопленный в этой области богат и разносторонен. В этой работе систематизированы накопленные сведения по проблеме контроля знаний учащихся. Эта система сведений применена при изучении темы “Тела вращения”
47302. Качество напряжения на электроприемниках жилых и общественных зданий микрорайона 2.33 MB
  Объектом электроснабжения является район города, состоящий из двух микрорайонов и располагающийся в г. Казань. Все потребители электроэнергии в заданном районе условно можно разделить на две группы: жилые дома и общественно-коммунальные учреждения. В состав района входят электроприемники, относящиеся к I категории надежности электроснабжения. Это лифтовые установки, аварийное освещение и системы противопожарной безопасности в 25-этажных жилых домах.
47303. Теория и методика преподавания иностранных языков и культур 125.5 KB
  Методическое пособие по подготовке и защите выпускной квалификационной работы для студентов специальностей 031201. кандидат педагогических наук Челябинск 2008 НАЗНАЧЕНИЕ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО СОДЕРЖАНИЮ РАБОТЫ Одним из видов итоговой аттестации выпускника специальностей ТИМ и Перевод и переводоведение является защита выпускной квалификационной работы которая выполняется в форме дипломной работы. Написание дипломной работы имеет целью: систематизацию закрепление и расширение...
47304. Промышленное и гражданское строительство 404 KB
  Методические указания разработаны с учетом содержания учебного плана ГОУ ВПО ТюмГАСУ составленного на основании Государственного образовательного стандарта высшего и профессионального образования требований кафедры СПОФ и смежных кафедр к содержанию и объему соответствующих разделов дипломного проекта для студентов очной и заочной форм обучения специальности 270102 Промышленное и гражданское строительство.3 Методика работы над дипломным проектом. 7 2 Разработка отдельных разделов дипломного проекта.2 Вариантное...