Описание установки.

Установка для определения коэффициента вязкости воздуха состоит из стеклянного сосудаАс краномК (рис.1). Сосуд наполнен водой и закрыт с помощью зажимаЗ.

В сосуд впаян капилляр Т, который соединяет пространство внутри сосуда с атмосферой. С помощью шланга сосуд соединен с манометром, которым измеряют разность давления воздуха внутри и вне сосуда. Верхняя часть сосуда с капилляром закрыта кожухом.

Если открыть кран К, то при вытекании воды из сосуда давление в нем понижается. На концах капилляраТвозникает разность давленийP, поэтому воздух через капилляр поступает в сосуд.

При протекании воздуха по капилляру прилегающие к стенке слои воздуха не движутся. По мере удаления слоя воздуха от стенки его скорость возрастает и является наибольшей в центре капилляра (рис.2). Следовательно, в текущем по капилляру воздухе существует градиент модуля скорости и между слоями действуют силы внутреннего трения.

При постоянной разности давлений воздуха Pна концах капилляра объем воздуха, протекшего через капилляр за времяt, определяется законом Пуазейля:

где r- радиус капилляра,

- его длина.

Тогда коэффициент внутреннего трения (вязкости) воздуха

. (6)

Очевидно, что при постоянной разности давлений на концах капилляра объем воздуха, протекшего через капилляр за время t, равен объему воды, вытекшего из сосудаАза это же время.

Если измерять объем вытекшей воды V, время, за которое это количество воды вытекает, и разность давленийP, то по формуле (6) можно определить коэффициент внутреннего трения. Радиус капилляраrи его длина известны.

Зная hи измеряя давлениеPи температуруТ, при которой производился опыт, определяют по формуле (15) среднюю длину пробега молекулы воздуха.

Порядок выполнения работы

1. Взвесить сухой сосуд.

2. Открыть кран КсосудаАи следить за показаниями манометра, регулируя краном скорость вытекания воды, добиться такого режима его вытекания, чтобы разность уровней в коленах манометра была не менее 100 мм и оставалась постоянной.

Подставить взвешенный сосуд, измерить время вытекания некоторого количества воды (примерно 3-5 г).

Следует отметить, что разность давлений на концах капилляра, измеряемая манометром М, зависит от высоты жидкости в сосудеА. Поэтому при вытекании воды из сосуда во время опыта показание манометра будет несколько изменяться. В связи с этим отсчет по манометру нужно взять не только в начальный момент времени, т.е. когда начинаете измерять количество вытекающей воды, но и в конце этого измерения, Для расчетов нужно использовать среднее арифметическое этих показаний манометра:

,

где DP₁иP₂ - показания манометра, соответствуют началу и концу опыта (P₁ иP₂ не должны отличаться более чем на 5 мм).

3. Взвесить стакан с жидкостью. Определить массу воды в стакане по формуле:

m=m₂-m₁,

где m₁- масса сухого стакана,

m₂ -масса стакана с водой.

4. Определить по барометру давление Pи по термометру температуруТ, при которых производится опыт.

Результаты измерений записать в табл. 1.

Таблица 1

m1, г	m2, г	m, г	р1, мм.вод.ст.	р2, мм.вод.ст.	<р>, мм.вод.ст	р, Па	t, ^oC	T, K

5. Определить объем воды по формуле:

,

где r - плотность воды.

Значение плотности воды при комнатной температуре принять равной 998 кг/м³.

6. По формуле (16) вычислить коэффициент внутреннего трения воздуха. Радиус капилляра и его длина указаны на установке. Объем воды (воздуха) V, радиус капилляраrи его длинуможно брать в любой, но в одной и той же системе единиц. Учесть, что 1 мм. рт.ст.=13,6 мм. вод.ст =133 Па.

7. По формуле (5) вычислить среднюю длину свободного пробега молекул воздуха в системе СИ. Для воздуха кг/моль.