1. Установить стеклянную трубку (3) под таким углом, при котором фиксатор (5) входит в отверстие дуги (6), имеющее обозначение К 0,2.
2. Кран Кр2 поставить в положение (+) (крайнее по часовой стрелке). Манометр готов к измерениям.
3. Закрыть кран Кр1 (горизонтальное положение рукоятки) и включить микрокомпрессор тумблером Т.
4. Осторожно открывая кран Кр1, установить шарик в ротаметре на 4-е деление. При этом расход воздуха V/t будет равен 4 л/ч. Отсчитать по манометру разность давления на концах капилляра DР. Умножив полученный отсчет на коэффициенты 0,2, учитывающий наклон стеклянной трубки (3), и 9,81 для перевода давления, выраженного в миллиметрах водяного столба в единицы давления СИ, получим давление в Па.
5. Измерить также разность давления, устанавливая расход воздуха 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 л/ч. Увеличивая расход воздуха краном Кр1, необходимо строго следить, чтобы спирт, поднимаясь по измерительной трубке, не достиг ее верхнего конца и не попал в резиновую трубку.
6. Выключить микрокомпрессор.
|
|
7. Операции 3 - 6 выполнить 3 раза.
8. Из трех значений Dр определить среднее значение для каждого значения расхода воздуха.
9. Рассчитать коэффициент вязкости для указанных в пункте 5 значений расхода воздуха и построить график зависимости h от расхода воздуха (V/Δt). При расчете расход воздуха необходимо выразить в м3/с, при построении графика – в л/ч. По полученному графику объяснить зависимость коэффициента вязкости от расхода воздуха.
10. Найти среднее значение h из тех значений, которые находятся на горизонтальном участке графика.
11. По лабораторному барометру и термометру измерить атмосферное давление р и температуру Т в лаборатории.
12. Определить среднюю длину свободного пробега молекул и эффективный диаметр молекул воздуха s, пользуясь при этом средним значением h, найденным в пункте 10. Все данные и результаты измерений занести в таблицу.
Таблица
N п/п | V/t (л/ч) | Разность давления DP(Па) | Среднее h, Па × с | ||||
Среднее давление | h, Па× с | ||||||
Примечание. Значения физических величин вносятся в таблицу в тех единицах измерения, в которых они отсчитываются по прибору. Причем эти единицы указываются студентом в таблице.
Константы, параметры установки и результаты единичных измерений:
R= 8,32 Дж (моль× К), k = 1,38´ 10-23 Дж/К, m = 29´ 10-3 кг/моль, 1 миллибар = 102 Па.
Примечание. При многократных расчетах по одной и той же формуле постоянная часть формулы рассчитывается один раз. В постоянную часть входят величины, не изменяющиеся от опыта к опыту, например, радиус капилляра, а также множители для перевода в нужную систему единиц измерения переменных величин, например 0,2 и 9,8 для разности давления Dр.
|
|
Подстановка числовых значений в расчетную формулу с размерностями или единицами измерения: h, , s.
Контрольные вопросы
1. Что показывает градиент скорости?
2. Каков физический смысл коэффициента вязкости? В каких единицах он измеряется?
3. Сформулируйте и запишите закон Ньютона для внутреннего трения.
4. Какова природа сил внутреннего трения в газах?
5. Какова размерность единицы измерения h?
6. Запишите формулу Пуазейля. При каких условиях она справедлива?
7. Какое течение газа называется ламинарным, турбулентным?
8. Как и почему зависит от концентрации молекул?
9. Зависит ли от s?
10. Что называется эффективным диаметром молекулы?
11. Как зависит эффективный диаметр молекул от температуры?
12. Как и почему зависит коэффициент вязкости газов от температуры?
13. Как и почему зависит коэффициент вязкости газов от плотности?
14. Запишите расчетные формулы для h, , s.
15. Объясните резкое изменение значения коэффициента вязкости при увеличении расхода воздуха.
Литература
1. Трофимов Т. И. Курс физики. – М.: Высш. шк., 1998.
2. Савельев И. В. Курс общей физики. В 3-х т. Т.1, — М.: Наука, 1982.
3. Детлаф А. А., Яворский Б. М., Милковская Л. Б. Курс физики. В 3-х т. Т.1. — М.: Высш. шк., 1973.
4. Трофимова Т. И. Курс физики. — М.: Высш. шк., 1998.