ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ ⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2
Схема опытной установки приведена на рисунке 1. Сосуд А, заполненный водой и снабжённый шкалой, имеет кран В для выпускания жидкости. Сквозь пробку в сосуд пропущен капилляр С, радиус и длина которого известны. Капилляр не должен касаться поверхности воды. При закрытом кране В давление воздуха над жидкостью внутри сосуда равно атмосферному, т.к. сосуд сообщается с атмосферой через капилляр. Если приоткрыть кран В, то вследствие вытекания воды давление в сосуде будет уменьшаться и в него через капилляр будет засасываться воздух. Обладая определённой вязкостью, воздух постепенно просачивается сквозь капилляр, в результате чего внутри сосуда давление газа остается ниже атмосферного. Такой процесс засасывания через капилляр воздуха и истечение из сосуда жидкости будет происходить до тех пор, пока суммарное давление газа и жидкости на уровне отверстия не станет равным атмосферному, т.е.: Ратм = Р/ + rgh, Р/ - давление воздуха в сосуде при открытом кране В, r - плотность воды, h - высота столба воды в данный момент. Истечение жидкости происходит под действием её гидростатического давления, определяемого высотой столба жидкости над уровнем отверстия. При этом на концах капилляра установится разность давлений: DР = Ратм - Р/ = rgh, вызывающая протекание воздуха через капилляр в сосуд. Эта разность со временем уменьшается из-за снижения высоты столба жидкости. Т.к. площадь сечения сосуда велика, а объём вытекающей жидкости мы выбираем сравнительно малым, то изменение высоты столба жидкости и давления DР будет незначительным. Поэтому в формуле (7) в качестве DР можно взять среднюю разность давлений на концах капилляра в начале и в конце опыта, т.е.: , (13) h1 - первоначальный уровень воды (в момент открытия крана), h2 - установившийся уровень после вытекания некоторого объёма воды (в момент закрытия крана). Объём V протекшего через капилляр газа будет равен объёму жидкости, вытекшей через кран В в мерный стакан Д.
ХОД РАБОТЫ 1. Сосуд А должен быть наполнен на 3/4 водой. Отметить уровень воды h1. 2. Открыть кран В и, дождавшись, когда вода начнёт вытекать из сосуда каплями, включить секундомер. 3. Когда в стакане соберётся 40-60см3 воды, закрыть кран В, одновременно останавливая секундомер. 4. Отметить новый уровень воды h2. Записать показания секундомера t. 5. Измерить по соответствующим приборам давление Р и температуру Т воздуха в лаборатории. 6. Данные записать в таблицу (измерения произвести не менее 3х раз).
7. По формуле (13) вычислить значение DР. 8. По формуле (7) и (12) определить соответственно среднюю длину свободного пробега и эффективный диаметр молекул воздуха ( и d). 9. Рассчитать погрешности измерений величин `l и d и записать окончательные результаты измерений: `l = `lср ± D`l; d = dср ± Dd.
ПРИЛОЖЕНИЕ * Для капилляра r = (0,15 ± 0,01) мм, l = (46,0 ± 0,1) мм. * Молярная масса воздуха m = 0,029 кг/моль. * Плотность воды r = 103 кг/м3. * Нормальные условия Р0 = 101,33×103 Па, Т0 = 273 К, n0 = 2,69×1025 м-3.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ. 1. Что называется средней длиной свободного пробега, эффективным диаметром молекул, средним числом столкновений в единицу времени? Запишите связь между этими величинами. 2. Запишите уравнение Менделеева - Клапейрона и выразите его через плотность r газа. Получите из уравнения Менделеева - Клапейрона уравнение, связывающее давление Р и концентрацию n молекул. 3. В чём заключаются явления переноса? Запишите уравнения теплопроводности, внутреннего трения, диффузии (закон Фика, Фурье, Ньютона). 4. От каких величин зависит коэффициент h вязкости газов? 5. В чём заключается метод определения `l и d? 6. Выведите расчётные формулы (7) и (12).
ЛИТЕРАТУРА. 1. Трофимова Т.И. Курс физики. М., 1985г. 2. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.1, 1989г. 3. Майсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики. М., 1970г. ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|