Описание установки

Схематично установка изображена на рис. 3. 1 – блок управления ; 2 - термостат; 3 – стеклянный цилиндр с двойными стенками; 4 - термометр.

В термостате вода нагревается и по резиновым шлангам насосом, установленным внутри термостата, прокачивается через полость между внутренними и внешними стенками цилиндра. В результате нагревается глицерин в цилиндре. Температура воды определяется по термометру. Считается, что температура глицерина такая же, как у воды.

Порядок выполнения работы

Задание 1.Определить коэффициент динамической вязкости глицерина при комнатной температуре.

1. Измерить штангенциркулем диаметр шарика в различных местах.

2. Опустить шарик по центру цилиндра с глицерином. При прохождении им верхний метки на цилиндре включить секундомер и выключить его при прохождении шариком нижней метки. Такие измерения выполнить с пятью различными шариками. Данные занести в табл. 1.

Таблица 1.

i	D, мм	t, с	h, м	h, Па×с	Dh, Па×с
1 2 3 4 5

3. По результатам каждого измерения вычислить значение коэффициента динамической вязкости по формуле (18), полученной из (17) путем замены RнаD/2, наh/t(h – расстояние между метками на цилиндре):

. (18)

4. Вычислить среднее значение вязкости <h>, абсолютную ошибкуDh, относительную погрешность измерения вязкостиe.

5. Записать конечный результат в виде h= (<h>±Dh).

Задание 2. Определить температурную зависимость коэффициента динамической вязкости глицерина и вычислить энергию активации.

1. Измерить штангенциркулем диаметр Dвсех шариков, выданных преподавателем.

2. С разрешения преподавателя включить нагреватель термостата кнопкой К₁и насос кнопкойК₂.

3. При различных температурах измерить время падения шарика. При каждой температуре опыт проводится один раз. Интервал температур и количество опытов задается преподавателем. (Ориентировочные данные - проводить измерения через 5°Сот комнатной температуры до50°С).

4. Вычислить коэффициент динамической вязкости при различных температурах по формуле (18).

5. Заполнить табл. 2, построить график зависимости h = f(t°С).

Таблица 2.

i	<D>, м	t,°C	t1,°C	h, Па×с	1/T×10^3, 1/K	lnh

Прологарифмировав выражение (4):

(19)

6. Построить график зависимости (19) в координатах ,(1/T)10³.

7. Вычислить угловой коэффициент прямой (19) по формуле:

где и- произвольные значения точек на оси абсцисс, разделенных на 10³, а и – соответствующие значения на оси ординат.

8. Найти энергию активации молекул глицерина по формуле:

.

Контрольные вопросы

1. Напишите закон Ньютона для силы внутреннего трения и поясните все величины, входящие в него.

2. В каких единицах измеряется коэффициент динамической вязкости, и какую размерность он имеет?

3. Как изменяется h с изменением температуры в газах и жидкостях? Чем объясняется различный характер этих зависимостей?

4. При каких условиях движение жидкости будет ламинарным?

5. Применив метод размерности, выведите формулу Стокса (при затруднении вывода см. [3]или[5]).

6. Опишите характер движения шарика в глицерине.

7. Какую величину называют временем релаксации? Как она изменится для шарика: а) при увеличении вязкости жидкости? б) при увеличении размера шарика?

8. Запишите уравнение движения шарика в глицерине.

9. Как определить положение верхней метки на цилиндре? От каких величин она зависит?

10. Как изменится характер движения шарика, если до вхождения в глицерин он будет иметь скорость, отличную от нуля? Изобразите для этого случая зависимость .

11. Выведете расчетную формулу для h, дляW.