Отчет по лабораторной работе №20 определение коэффициента внутреннего трения и средней длины свободного пробега молекул воздуха




Скачать 23.56 Kb.
PDF просмотр
НазваниеОтчет по лабораторной работе №20 определение коэффициента внутреннего трения и средней длины свободного пробега молекул воздуха
Дата08.10.2012
Размер23.56 Kb.
ТипОтчет
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ 
Государственное высшее учебное заведение 
ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 
Кафедра физики 
 
 
 
 
 
ОТЧЕТ 
по лабораторной работе №20 
 
 
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ И  
СРЕДНЕЙ ДЛИНЫ СВОБОДНОГО ПРОБЕГА МОЛЕКУЛ ВОЗДУХА 
 
 
 
 
Выполнил студент группы_________________ 
________________________________________ 
 
 
 
Преподаватель кафедры физики 
 
 
 
________________________________________ 
Отметка о защите_________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2011 

Волков А.Ф., Лумпиева Т.П.  
Физический практикум 
Лабораторная работа № 20 
 
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ И  
СРЕДНЕЙ ДЛИНЫ СВОБОДНОГО ПРОБЕГА МОЛЕКУЛ ВОЗДУХА 
 
Цель  работы:  определить  коэффициент  внутреннего  трения  и  среднюю 
длину свободного пробега молекул воздуха при атмосферном давлении. 
Приборы  и  принадлежности:  установка  для  определения  коэффициента 
внутреннего трения, секундомер, термометр, барометр. 
 
Описание экспериментальной установки 
 
Для  определения  коэффициента  внутреннего  трения  используется  уста-
новка, изображенная на рис.1. 
 
2
5
1
3
4
 
Рисунок 1 
 
 
При вытекании воды из аспиратора 1 через кран 5 в капилляре 2 создаётся 
поток  воздуха,  осушаемого  фильтром 3. Манометром 4 измеряется  разность 
давлений Δр между концами капилляра. Объём воздуха V, протекающего через 
капилляр за время τ, равен объёму вытекшей из аспиратора воды. Значения ра-
диуса r капилляра и его длины L указаны на установке. 
 
Общие положения 
 
Всем реальным газам в большей или меньшей степени присуща вязкость 
или внутреннее трение. Внутреннее трение (вязкость) – взаимодействие меж-
ду  слоями  газа,  движущимися  с  различными  скоростями.  Явление  сопро-
вождается переносом импульса направленного движения из более быстрых 
слоев в более медленные. В результате этого переноса между соприкасаю-
щимися  слоями  возникают  силы  внутреннего  трения,  тормозящие  движе-
ние быстрого слоя и ускоряющие движение медленного. 
Природа этих сил заключается в том, что слои, движущиеся с разными ско-
ростями, обмениваются молекулами. Молекулы из быстрого слоя передают моле-
кулам из медленного слоя некоторый импульс, вследствие чего последний начи-
 
1

Волков А.Ф., Лумпиева Т.П.  
Физический практикум 
нает двигаться быстрее. Молекулы из медленного слоя, переходя в быстрый слой, 
получают некоторый импульс, что приводит к торможению этого слоя.  
Рассмотрим  движение  газа  в  направлении  оси х  (см.  рис. 2). Пусть  слои 
движутся  с  разными  скоростями.  На  оси  z  возьмём  два  слоя,  находящиеся  на 
расстоянии dz
dv
Скорости  слоёв  отличаются  на  величину  v
.  Отношение 
  численно 
dz
равно  градиенту  скорости,  т.е.  изменению  скорости  слоёв,  приходящемуся  на 
единицу длину в направлении оси Z. 
Сила  внутреннего  трения  (вяз-
z
кости),  действующая  между  двумя 
слоями,  пропорциональна  площади 
их  соприкосновения  и  градиенту 
v
скорости: 
 
dz
d
λ
v
dS
= η
dS  , 
        (1) 
dz
 
v+dv
где  η − коэффициент  внутреннего 
x
трения (коэффициент вязкости). 
Единицей  вязкости  в  СИ  слу-
жит такая вязкость, при которой гра-
y
диент  скорости  с  модулем,  равным 
Рисунок 2 
1м/с  на  1м,  приводит  к  возникнове-
нию  силы  внутреннего  трения  в 1 Н  на 1 м2  поверхности  касания  слоев.  Эта 
единица называется паскаль-секундой (Па⋅с). Коэффициент вязкости зависит от 
температуры: у газов он растет с повышением температуры. 
 
Коэффициент вязкости воздуха можно рассчитать по формуле Пуазейля: 
 
πrp
Δ τ
η =
,      
 
 
 
(2) 
VL
8
 
где  r − радиус капилляра; 
L − длина капилляра. 
Средней длиной свободного пробега > молекул называется среднее рас-
стояние, которое проходит молекула без соударения, иными словами – это рас-
стояние между двумя последовательными соударениями. На длине свободного 
пробега  молекула  движется  равномерно  и  прямолинейно.  Средняя  длина  сво-
бодного пробега молекул связана  с  коэффициентом внутреннего трения  η  со-
отношением: 
η = 1ρ < >< > ,  
 
 
       (3) 
3
 
где  ρ − плотность воздуха при данной температуре; 
> − средняя арифметическая скорость молекул воздуха. 
 
2

Волков А.Ф., Лумпиева Т.П.  
Физический практикум 
m
Используя уравнение состояния идеального газа  pV =
RT  и выраже-
M
8RT
ние для средней арифметической скорости < >=
, получаем: 
M
π
 
RT η
>= 9
,
1

 
 
 
      (4) 
M pатм
 
где  ратм − внешнее атмосферное давление; 
 
R − молярная газовая постоянная; 
 
М − молярная масса воздуха; 
 
T − абсолютная температура воздуха. 
 
Подготовка к работе  
(ответы представить в письменном виде) 
1.  В чем состоит цель работы? 
2.  Какие  физические  величины  измеряются  непосредственно  (прямые  измере-
ния)? 
3.  По каким формулам Вы будете рассчитывать коэффициент внутреннего тре-
ния и среднюю длину свободного пробега молекул воздуха? Поясните смысл 
обозначений, входящих в формулы. 
4.  Атмосферное давление составляет 750 мм рт. ст. Выразить давление в  еди-
ницах СИ − паскалях. 
 
Выполнение работы 
 
1.  Записать значения радиуса r и длины L капилляра, указанные на установке. 
2.  Открыть кран аспиратора и установить мерный стакан так, чтобы вода сте-
кала по его стенкам (это нужно для того, чтобы уровень воды в стакане не 
колебался). 
3.  Когда на манометре установится постоянная разность уровней жидкости, за-
писать показания манометра h1 и h2 и рассчитать величину  Δ− 
1
2
4.  Измерить время вытекания 100 см 3  воды, после чего закрыть кран. 
5.  Вылить из стакана воду в аспиратор и повторить опыт согласно пп. 2-3 еще 2 
раза при другой скорости истечения воды. 
6.  Определить  по  термометру  температуру  воздуха  в  лаборатории,  а  по  баро-
метру – атмосферное давление. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3

Волков А.Ф., Лумпиева Т.П.  
Физический практикум 
Оформление отчета 
 
1. Расчеты 
 
1.  Рассчитать разность давлений Δр между концами капилляра:  p
Δ = g
ρ h
Δ , где 
ρ – плотность жидкости (воды). 
2.  Рассчитать коэффициент вязкости воздуха η по результатам каждого опыта 
по формуле (2). 
3.  Найти среднее значение коэффициента вязкости воздуха. 
4.  Рассчитать абсолютную погрешность  η
Δ  как для прямых измерений. 
5.  Найти относительную погрешность измерения коэффициента вязкости. 
6.  Результат записать в стандартном виде: 
 
η = (η ± η
Δ
cp
). 
 
7.  Рассчитать  среднюю  длину  свободного  пробега  <  l  >  молекул  по  форму-
ле (4), используя среднее значение коэффициента вязкости. 
8.  Рассчитать  абсолютную  погрешность  Δ  как  для  косвенных  измерений  по 
формуле:  
2
2
2
⎛ Δη ⎞
⎛ Δ
1 ⎛ Δ
Δ=< > ⎜
⎟ +
+ ⎜

⎜⎜
⎟⎟

⎝ η ⎠
⎝ 
2 ⎝ 
где Δр и ΔТ – приборные погрешности барометра и термометра соответственно, 
равные половине цены деления приборов. 
9.  Найти  относительную  погрешность  измерения  средней  длины  свободного 
пробега. 
10. Результат записать в стандартном виде: 
 
>= (< > ±Δl). 
 
2. Защита работы 
(ответы представить в письменном виде) 
1.  Что называется средней длиной свободного пробега молекул? 
2.  Как  зависит  средняя  длина  свободного  пробега  молекул  от  температуры, 
давления? 
3.  Как зависит коэффициент внутреннего трения газов от температуры? 
4.  Сравните полученное значение коэффициента внутреннего трения воздуха с 
табличным при данной температуре. Сделайте вывод. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4

Волков А.Ф., Лумпиева Т.П.  
Физический практикум 
ПРОТОКОЛ 
измерений к лабораторной работе №20 
 
Выполнил(а)_____________________                         Группа__________________ 
 
Радиус капилляра r = ___________ 
Длина капилляра L = ______________ 
Плотность жидкости (воды) ρ = ______________ 
Температура воздуха в лаборатории t = __________°С 
Внешнее атмосферное давление ратм = ___________ 
Объем вытекшей воды V= ______________ 
Цена деления термометра СТ= _______________ 
Цена деления барометра Ср= __________________ 
 
№ 
h1, 
h2, 
Δh
Δp
τ, 
η, 
п/п 
мм 
мм 
мм 
Па 
с 
Па⋅с 

 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Дата________                                  Подпись преподавателя___________________ 
 
5

Document Outline

  • Кафедра физики 
  • ОТЧЕТ 
    • по лабораторной работе №20 
      • Преподаватель кафедры физики    


Похожие:

Отчет по лабораторной работе №20 определение коэффициента внутреннего трения и средней длины свободного пробега молекул воздуха iconЛабораторная работа №5 определение коэффициента внутреннего трения воздуха и длины свободного пробега молекул
Экспериментальное определение коэффициентов внутрен-него трения и диффузии воздуха, длины свободного пробе-га и эффективного диаметра...
Отчет по лабораторной работе №20 определение коэффициента внутреннего трения и средней длины свободного пробега молекул воздуха iconОпределение коэффициента внутреннего трения воздуха и длины свободного пробега молекул
Такие процессы носят название кинетических. Все эти процессы, приближающие тело к состоянию равнове
Отчет по лабораторной работе №20 определение коэффициента внутреннего трения и средней длины свободного пробега молекул воздуха iconЛабораторная работа №16 определение длины свободного пробега и эффективного диаметра молекул воздуха
Цель работы: ознакомиться с одним их методов определения микропараметров (средней длины свободного пробега и эффективного диаметра...
Отчет по лабораторной работе №20 определение коэффициента внутреннего трения и средней длины свободного пробега молекул воздуха iconЛабораторная работа определение коэффициента внутреннего трения жидкости по методу стокса
На твердый шарик падающий в вязкой жидкости, действуют три силы: сила тяжести Р, подъемная fa (сила Архимеда), и сила сопротивления...
Отчет по лабораторной работе №20 определение коэффициента внутреннего трения и средней длины свободного пробега молекул воздуха iconЦель работы экспериментальное определение коэффициента сопротивления трения
Цель работы – экспериментальное определение коэффициента сопротивления трения  для опытного трубопровода постоянного сечения; сравнение...
Отчет по лабораторной работе №20 определение коэффициента внутреннего трения и средней длины свободного пробега молекул воздуха iconЦель работы экспериментальное определение коэффициента сопротивления трения
Цель работы – экспериментальное определение коэффициента сопротивления трения  для опытного трубопровода постоянного сечения; сравнение...
Отчет по лабораторной работе №20 определение коэффициента внутреннего трения и средней длины свободного пробега молекул воздуха iconЛабораторная работа определение коэффициента внутреннего трения жидкости по методу стокса
...
Отчет по лабораторной работе №20 определение коэффициента внутреннего трения и средней длины свободного пробега молекул воздуха iconЛабораторная работа №24 Интерферометры. Определение поляризуемости молекул воздуха с помощью интерферометра Жамена
Цель работы: ознакомиться с оптическими схемами интерферометров Майкельсона, Фабри Перо и Жамена. Рассчитать поляризуемость молекул...
Отчет по лабораторной работе №20 определение коэффициента внутреннего трения и средней длины свободного пробега молекул воздуха iconЭти потери в круглых трубопроводах, работающих полным сечением, вычисляют по формуле Дарси-Вейсбаха: (1) где  – безразмерный коэффициент, называемый коэффициентом гидравлического трения (коэффициентом Дарси
Определить по опытным данным, воспользовавшись формулами (1) и (3), значение коэффициента гидравлического трения и величины коэффициента...
Отчет по лабораторной работе №20 определение коэффициента внутреннего трения и средней длины свободного пробега молекул воздуха iconОтчет по лабораторной работе по дисциплине «Информационные технологии»
Отчет по лабораторной работе 12 с., 2 части, 4 рис., 4 таб., 2 источника, 2 прил
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница