Длина свободного пробега НЕ зависит от температуры

Лабораторная работа № 16

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВОБОДНОГО ПРОБЕГА И ЭФФЕКТИВНОГО ДИАМЕТРА МОЛЕКУЛ ВОЗДУХА

Выполнил студент гр. Б360892              Ф.И.О Фоломкин Э.Э

Проверил Кажарская С.Е.                      дата 02.07.2020 г.

 

 

    Цель работы: ознакомиться с одним их методов определения микропараметров (средней длины свободного пробега и эффективного диаметра молекул воздуха) через макропараметры.

 

Выполнение работы.

1. Открыть кран К. Дождавшись, когда вода начнет вытекать каплями, включить секундомер и одновременно заметить уровень воды h₁ в сосуде.

 

2. Когда уровень воды в сосуде уменьшится приблизительно на

1 см, одновременно закрыть кран и остановить секундомер.

 

3. Записать время вытекания t и новый уровень h₂ воды.

 

4. Измерить термометром температуру t и барометром атмосферное давление P.

 

5. Вычислить коэффициент вязкости h по формуле

.

6. Вычислить среднюю длину свободного пробега l по формуле

.

7. Вычислить эффективный диаметр молекул воздуха d по формуле

Во всех формулах  – радиус капилляра,  – длина капилляра, S – площадь сечения сосуда с водой,  =1000 кг/м³ – плотность воды, R = 8,31 Дж/моль×К – универсальная газовая постоянная, k = 1,38×10^–23 Дж/К – постоянная Больцмана, m = 0,029 кг/моль – молярная масса воздуха, g = 9,8 м/с² – ускорение свободного падения, T = (t + 273) K

 т
Данные измерений и вычислений занести в таблицу:

 

h1,м	h2, м	t, с	Т, К	Р, Па	h, кг/м×с	l, м	d, м
0,08	0,09	150	293	100000	0,00001	5,44× 10^(−8)	4,10×10^(−10)

 

Контрольные вопросы.

1. Дать определение средней длины свободного пробега молекул.

Длина свободного пробега молекулы — это среднее расстояние (обозначаемое ), которое частица пролетает за время свободного пробега от одного столкновения до следующего.

2. Как зависит длина свободного пробега от температуры?

 

Длина свободного пробега НЕ ЗАВИСИТ от температуры.

 

3. Как зависит длина свободного пробега при постоянной температуре от давления?

 

От температуры никак. От давления - смотря как именно увеличивается давление. Средняя длина пробега зависит от концентрации молекул газа. Так что если давление изменяется за счёт изменения объёма - будет изменяться соответственно (больше давление - меньше длина).

 

4. Что такое эффективный диаметр молекул?

 

Эффективный диаметр молекулы — минимальное расстояние, на которое сближаются центры двух молекул при столкновении.

При столкновении, молекулы сближаются до некоторого наименьшего расстояния, которое условно считается суммой радиусов взаимодействующих молекул. Столкновение между одинаковыми молекулами может произойти только в том случае, если их центры сблизятся на расстояние, меньшее или равное диаметру

d {\displaystyle d}d— эффективному диаметру молекулы.

 

5. Каким методом определяется средняя длина свободного пробега и эффективный диаметр молекул в данной работе?

 

Длина свободного пробега каждой молекулы различна, поэтому в кинетической теории вводится понятие средней длины свободного пробега (<λ>). Величина <λ> является характеристикой всей совокупности молекул газа при заданных значениях давления и температуры.

Формула

, где — эффективное сечение молекулы, — концентрация молекул.

6. Какие явления называются явлениями переноса?

 

В термодинамически неравновесных системах возникают особые необратимые процессы, называемые явлениями переноса, в результате которых происходит пространственный перенос энергии, массы, импульса. К явлениям переноса относятся теплопроводность (обусловлена переносом энергии), диффузия (обусловлена переносом массы) и внутреннее трение (обусловленопереносом импульса). Для простоты ограничимся одномерными явлениями переноса. Систему отсчета выберем так, чтобы ось х была ориентирована в направлении переноса. 1. Теплопроводность. Если в одной области газа сред

 

7. Что такое вязкость или внутреннее трение?

 

Вязкостью (внутренним трением) называется сопротивление, возникающее внутри жидкости при перемещении одних слоев ее относительно других. Вязкость характеризуется коэффициентом внутреннего трения т]. При определении г) при помощи вискозиметра измеряют время истечения (с) Тж и Гн.о одинаковых объемов исследуемой жидкости и воды через капилляр вискозиметра определенного радиуса и длины

Литература.

Савельев И.В. Курс физики. Т.1 - М., Наука, 1989. 352 с. Пар. 62,78-80.