Практическая часть Идея метода

Метод определения коэффициента диффузии водяных паров в атмосферном воздухе основан на законе Фика (2), который применительно к стационарному процессу диффузии имеет вид

, (6)

где – масса пара, который диффундировал за время через сечение S₀, нормальное к направлению диффузионного потока, при неизменном во времени градиенте плотности пара ;

Отсюда (7)

В данной работе изучается процесс диффузии водяного пара в тонкой стеклянной трубке-капилляре (АВ), частично заполненной водой и открытой сверху в атмосферу (рис. 1).

Риc. 1. АВ – трубка-капилляр;ОШ – шкала для измерения координаты уровня воды в трубке.

Температура пара и жидкости (Т) поддерживается постоянной в ходе опыта. Вблизи поверхности жидкости, образуется насыщенный пар, давление которого (Р_нп) соответствует температуре жидкости (Т). Пар диффундирует в атмосферном воздухе вдоль трубки (h) и выходит из нее через открытый конец. За счет непрерывного испарения уровень жидкости в трубке понижается на h (рис. 1).

При установившемся стационарном режиме диффузии h увеличивается равномерно с течением времени. Масса воды, испарившейся за единицу времени ( ) равна массе пара, диффундировавшего по трубке за единицу времени :

, (8)

где – плотность воды, – поперечное сечение трубки, – скорость понижения уровня воды в трубке.

Градиент плотности пара в трубке можно оценить из следующих соображений. При стационарном процессе – одинаково для любого сечения трубки, в которой происходит процесс диффузии. Кроме того, S_о одинаково для всех сечений цилиндрической трубки. Следовательно, градиент – одинаков по всей длине трубки. Его можно найти, считая, что пара у поверхности воды равно r_Н.П., а за пределами трубки r_П»0.

Тогда , (9)

С учетом (8) и (9) выражение для коэффициента диффузии (7) примет вид:

, (10)

Плотность насыщенного пара можно выразить по уравнению Менделеева-Клапейрона через давление и температуру насыщенного пара:

(11).

С учетом (10) и (11) рабочая формула примет вид:

(12)

Описание установки фпт1-4

Установка ФПТ1-4 (рис. 2) представляет собой конструкцию настольного типа, состоящую из трех основных частей:

1. блок приборный БП-4 (1);

2. блок рабочего элемента РЭ-4 (2);

3. стойка (3).

1. Блок приборный БП-4 представляет собой единую конструкцию со съемной крышкой, съемными лицевыми панелями.

На лицевой панели блока приборного БП-4 находятся цифровой контроллер для измерения времени, органы управления и регулирования установки. Визуально блок приборный разделен на три функциональных узла:

Узел «ИЗМЕРЕНИЕ» осуществляет замер времени опыта «ВРЕМЯ».

Узел «ПОДСВЕТКА КАПИЛЛЯРА» осуществляет регулирование подсветки капилляра.

Узел «СЕТЬ» осуществляет подключение установки к сети питающего напряжения.

Сзади приборного блока БП-4 установлены: разъем для подключения кабеля от РЭ-4; сетевой шнур с вилкой; сетевой предохранитель.

2. В состав блока РЭ (рис. 2. поз.1) входит рабочий элемент (5), микроскоп (4), цифровой контроллер для измерения температуры (6), а также гнутые из металла несущие элементы: панель и кронштейн.

В нижней части держателя тубуса микроскопа прикреплен рабочий элемент (рис. 3), основными узлами которого являются: корпус, датчик цифрового контроллера для измерения температуры, стеклянная трубка – капилляр с водой.

Замер температуры производится при помощи датчика цифрового контроллера измерения температуры, установленного в непосредственной близости от капилляра. Сигнал с датчика подается на цифровой контроллер для измерения температуры, установленный на передней панели.

У становка ФПТ1-4 питается от сети переменного тока, напряжение 220 В.

Рис. 2. Установка ФПТ1-4. Общий вид.

1 - блок приборный БП-4; 2 - блок рабочего элемента; 3 - Стойка; 4 - микроскоп; 5 - рабочий элемент; 6 - цифровой контроллер для измерения температуры.