Порядок виконання роботи

1. Записати вихідні дані експерименту: r ₀= (9,990 ± 0,005)10²кг/м³; r =
= (7,140 ± 0,005)10²кг/м³; m = (76,0 ± 0,1) кг/кмоль; V ₀= (22,40 ± 0,05)10^-3 м³.

2. Відкрити крани 4 й 5 і переконатись, що різниця рівнів води в колінах манометра дорівнює нулю.

3. Закрити кран 4, набрати в шприц порцію ефіру заданого викладачем об’єму V і ввести його в посудину через голку 3 (для забезпечення герметичності шприц із голки не виймати).

4. Спостерігати за показами манометра 6, очікуючи, коли рівні води в його колінах перестануть змінюватись. Виміряти різницю рівнів води h у колінах манометра і записати в таблицю:

Номер за пор.	V, м³	D V, м³	h, м	D h, м

….
С.з.

5. Відкрити кран 4 на 5–7 хв для провітрювання посудини.

6. Повторити дослід ще двічі згідно з пунктами 2–4.

7. Виміряти і записати значення кімнатної температури Т =(...±...)К.

8. Обчислити за формулами (6) і (2) k і R у кожному досліді. Результати усереднити.

9. Похибки вимірювань обчислити за формулами

;

10. Записати кінцевий результат експерименту у вигляді

k =`k ±` D k, E_k = …%;

R =`R ±` D R, E_R = …%.

Контрольні запитання

1. Який газ називають ідеальним?

2. Сформулюйте і поясніть закон Дальтона.

3. Запишіть і поясніть рівняння Менделєєва–Клапейрона.

4. Запишіть і поясніть основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів.

5. Чим зумовлений тиск газу на стінку посудини і від чого він залежить?

6. Для чого в цій роботі використовують рідини, які легко випаровуються за кімнатної температури?

7. Сформулюйте і запишіть закони, які описують ізопроцеси в ідеальному газі.

8. У чому полягає фізичний зміст універсальної газової сталої? Як її обчислити?

Лабораторна робота №211. ВИЗНАЧЕННЯ СЕРЕДНЬОЇ ДОВЖИНИ ВІЛЬНОГО ПРОБІГУ ТА ЕФЕКТИВНОГО ДІАМЕТРА МОЛЕКУЛ ПОВІТРЯ

Завдання: визначити експериментально середню довжину вільного пробігу та ефективний діаметр молекул повітря шляхом дослідження його проходження через вузький капіляр.

Приладдя: установка для визначення довжини вільного пробігу молекул повітря; секундомір; термометр; барометр.

Теоретичний матеріал, який необхідно засвоїти під час підготовки до виконання роботи: основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії (МКТ) газів; довжина вільного пробігу та ефективний діаметр молекул; середня, середня квадратична та імовірніша швидкість молекул; розподіл молекул за швидкостями; рівняння стану ідеального газу; внутрішнє тертя в газах; формула Пуазейля.

Література:

1). § 15.1, c. 263–269; § 14.8, c. 251–255;

2). § 13.1, c. 9–12; § 13.5, c. 17–22;

§ 13.10, c. 27–29;

3). § 42–43, с. 129–138;

4). § 42–44, с. 75–78, § 46,48, с. 81–85.

Опис установки. Установка для визна-чення довжини вільного пробігу молекул
газу (рис. 12) містить циліндричну посудину 1, заповнену дистильованою водою і щільно закриту корком 3. Через корок проходить скляна трубка 4, з’єднана з капіляром 5. Манометр 6 призначений для вимірювання різниці тисків повітря на кінцях капіляра 5. В нижній частині посудини 1 розміщений зливний кран 8, за допомогою якого вода з посудини може повільно витікати в мірну склянку 9. Зміну рівня води в посудині 1 вимірюють за допомогою лінійки 2. Секундомір 7 призначений для вимірювання часу проходження повітря через капіляр 5.

Ідея роботи та виведення робочих формул. Молекули газу рухаються хаотично і стикаються одна з одною. Шлях, який молекула проходить між двома послідовними зіткненнями, називають довжиною вільного пробігу l, а мінімальну відстань, на яку зближуються молекули під час зіткнення, – ефективним діаметром молекули d_e. Мікропараметри газу (розмір і маса молекул, швидкість, довжина вільного пробігу та ін.) пов’язані з макропараметрами (тиск, об’єм, температура) рівняннями молекулярно-кінетичної теорії. Отже, вимірявши макропараметри газу, можна за відповідними співвідношеннями розрахувати його мікропараметри.

Згідно з МКТ, коефіцієнт динамічної в’язкості газів

, (1)

де h – коефіцієнт динамічної в’язкості; r – густина; ` v – середня швидкість теплового руху молекул.

Величина` v залежить від температури Т і молекулярної маси газу m:

, (2)

де R – універсальна газова стала.

Густину газу r можна розрахувати, користуючись рівнянням Менделєєва–Клапейрона ,або , оскільки . Звідси

. (3)

Тут P, V і Т – тиск, об’єм і температура газу; m – маса газу.

Якщо газ проходить через капіляр довжиною l і радіусом r, то його коефіцієнт в’язкості h, як і для рідин, визначають за формулою Пуазейля

, (4)

де D P – різниця тисків на кінцях капіляра; t – час протікання газу об’ємом V через капіляр. Підставимо вирази (2)–(4) в (1), отримаємо рівняння, з якого обчислимо` l:

. (5)