- •С.А. Погожих
- •От автора
- •1.Введение
- •1.1. Техника безопасности
- •1.2. Порядок выполнения работ
- •1.3. Правила построения графиков
- •1.4. Вычисление погрешностей
- •1.5. Рекомендуемая литература
- •2. Описания лабораторных работ
- •2.1. Лабораторная работа №1
- •2.2. Лабораторная работа №2 проверка закона шарля
- •2.3. Лабораторная работа № 3 определение плотности воздуха
- •2.4. Лабораторная работа №4
- •2.5. Лабораторная работа №5
- •2.6. Лабораторная работа №6
- •2.7. Лабораторная работа №7
- •2.8. Лабораторная работа № 8
- •Линейное тепловое расширение
- •Объемное тепловое расширение
- •Тепловое расширение с точки зрения молекулярно- кинетической теории
- •2.9. Лабораторная работа №9
- •Определение коэффициента динамической вязкости
- •Определение длины свободного пробега молекул
- •Определение эффективного диаметра молекул
- •Определение коэффициента динамической вязкости
- •Определение длины свободного пробега молекул
- •Определение эффективного диаметра молекул
- •2.10. Лабораторная работа №10
- •2.11. Лабораторная работа №11
- •2.12. Лабораторная работа №12
- •Измерения и обработка их результатов
- •2.13. Лабораторная работа №13
- •2.14. Лабораторная работа №14
- •2.15. Лабораторная работа №15
- •2.16. Лабораторная работа №16
- •Лабораторная работа №17
- •3. Приборы молекулярной физики
- •3.1. Насосы
- •3.2. Манометры
- •3.3. Термометры
- •3.4. Приборы, измеряющие влажность.
- •3.5. Термостат
- •Запрещается включать термостат без воды!!!
- •3.6. Вискозиметр
- •Методика измерения вязкости.
- •3.7. Катетометр
- •Конструкция прибора
- •Работа с катетометром
- •4. Справочние сведения*
Определение длины свободного пробега молекул
Для определения средней длины свободного пробега молекул можно воспользоваться соотношением (4). При этом плотность воздуха в тех условиях, в которых определяется коэффициент вязкости, можно найти из уравнения Клапейрона–Менделеева:
, (13)
где p – атмосферное давление, – молярная масса воздуха, R –универсальная газовая постоянная, Т – температура воздуха.
Среднеарифметическая скорость воздуха вычисляется по формуле:
. (14)
Объединяя (4), (13), (14), получаем:
. (15)
Определение эффективного диаметра молекул
Для этого обратимся к выражению
, (16)
где – эффективный диаметр молекул, n– концентрация молекул газа. Концентрация молекул воздуха при данной температуре может быть найдена следующим образом:
, (17)
где p0, Т0 и p, Т – давление и температура воздуха при нормальных условиях и в условиях опыта соответственно, n0 – концентрация молекул воздуха при нормальных условиях (число Лошмидта).
Расчетная формула для эффективного диаметра молекул воздуха имеет, таким образом, вид:
. (18)
ИЗМЕРЕНИЯ И ОБРАБОТКА ИХ РЕЗУЛЬТАТОВ
Определение коэффициента динамической вязкости
1. С помощью насоса поднимите уровень жидкости в трубке до некоторого значения h > h0 (h0 задается преподавателем).
Внимание! Подъем воды в жидкости осуществлять мелкими качками, во избежание ее выливания.
2. Установите уровень жидкости в широком сосуде на нуле.
3. Соедините широкий сосуд с атмосферой и, когда высота жидкости в узком сосуде станет равна h0, включите секундомер. Поддерживая уровень жидкости в широком сосуде около нуля, замерьте время опускания жидкости до высоты на 5 см ниже h0 . Проделайте это измерение не менее трех раз и вычислите среднее значение t.
4. Аналогичным образом замерьте время опускания жидкости на 10 см, 15 см, и т.д. ниже h0. Всего должно быть измерено время опускания столба жидкости до не менее чем 7-8 отметок.
5. Для каждого измерения вычислите . Результаты измерений и вычислений представьте в виде таблицы 11.
Таблица 11
t, см |
|
|
|
|
|
|
|
|
h, см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. По данным таблицы постройте график функции от времени (на миллиметровой бумаге) и аппроксимируйте его прямой линией.
7. По графику найдите численное значение углового коэффициента и по формуле (12) – коэффициент вязкости воздуха. Параметры установки, входящие в рабочую формулу обозначены на установке.