Конкретные задания

С помощью установки ФПТ1-4 определить коэффициент взаимной диффузии водяного пара и воздуха.

Порядок выполнения работы

1. Тубус микроскопа поставить в положение, при котором предметный столик с рабочим элементом располагается горизонтально.

2. Заправить рабочий элемент водой. Для этого залить воду в емкость 1 (рис. 15.2) рабочего элемента, выдвинуть на 10-15 мм и снова задвинуть шток 2.

Рис. 15.2

Дальнейшие работы проводить не ранее, чем через 10-15 минут после заправки.

3. Отклонить тубус микроскопа на угол 30-40° от вертикали. Убедившись в том, что регулятор подсветки капилляра находится в положении минимальной яркости, включить установку тумблером «СЕТЬ». Регулятором подсветки капилляра установить удобное для работы освещение. Используя систему настройки микроскопа, добиться четкого изображения капилляра (изображение является перевёрнутым). Записать цену деления α окулярной шкалы микроскопа в табл. 15.1.

4. Сфокусировать микроскоп на мениске жидкости. Записать в табл. 15.1 уровень шкалы микроскопа п₀, выраженный в делениях, на котором находится край капилляра.

Рис. 15.3

Таблица 15.1

№ п/п	ni, дел.	t, с	Т, °С
1
2			α, мм/дел
3
4			п0, дел
5
6			h, мм
7
8			Δh/Δt, мм/с
9
10			D, мм2/с
11

5. Включить, отсчет времени. Записать в таблицу 15.1 уровень шкалы микроскопа п₁, на котором находится край мениска жидкости.

6. Наблюдая в микроскоп за движением мениска жидкости через каждые 2 деления шкалы микроскопа, записывать в табл. 15.1 значения n_i высоты края мениска и время t, соответствующее моменту снятия этого значения. Сделать ещё 10 измерений положения мениска.

7. Записать температуру воздуха в рабочем элементе установки.

8. Установить регулятор подсветки капилляра в положение минимальной яркости, после чего выключить установку тумблером «СЕТЬ».

9. Тубус микроскопа установить в вертикальное положение.

Обработка результатов измерений

1. Построить график зависимости числа делений n окулярной шкалы микроскопа от времени t: n = f(t) и по наклону полученной усредненной прямой определить среднее значение Δn/Δt. Помножив эту величину на цену деления α окулярной шкалы, найти среднее значение скорости испарения жидкости с капилляра Δh/Δt.

2. Значение п = п₁ – п₀ есть высота мениска, отсчитанная от края капилляра, выраженная в делениях шкалы микроскопа. Найти расстояние от поверхности воды до края капиллярной трубки h (см. рис. 15.3) по формуле h = α · п = α(п₁ – п₀), результат записать в табл. 15.1.

3. Используя найденное значение Δh/Δt, по формуле (15.7) вычислить коэффициент взаимной диффузии воздуха и водяного пара, учитывая, что плотность воды = 10 кг/м , молярная масса пара . Давление насыщенного водяного пара определить по табл. 15.2, где приведена зависимость давления и плотность насыщенного водяного пара от температуры, а давление водяного пара возле открытого конца трубки найти по значению относительной влажности φ (в процентах) в помещении лаборатории:

4. Проанализировать причины возникновения погрешности коэффициента взаимной диффузии. Оценить эту погрешность, пользуясь расчётом погрешности косвенных измерений.

Таблица 15.2

t, 0С	, кПа	r × 10-3, кг/м3	t, 0С	, кПа	r × 10-3, кг/м3
15	1,704	12,84	21	2,486	18,35
16	1,817	13,65	22	2,642	19,44
17	1,937	14,50	23	2,809	20,60
18	2,062	15,39	24	2,984	21,81
19	2,196	16,32	25	3,168	23,07
20	2,337	17,32	26	3,361	24,40