3. Проведение эксперимента и обработка результатов

Общий вид установки представлен на рис. 14.1. Установка состоит из стеклянной колбы К, которая через тройник Т соединяется резиновыми трубками с манометром М и насосом Камовского Н.

Задание 1. Определение массы откаченного воздуха и вычисление универсальной газовой постоянной.

1. Определить с помощью электронных весов суммарную массу m=m₀+m₁, где m₀ – масса колбы и m₁ – масса содержащегося в ней воздуха.

2. Колбу соединить резиновыми трубками с насосом и манометром и откачать воздух до некоторого давления р₂. При этом манометр показывает разность давлений Δр между атмосферным р₁ и давлением в колбе р₂.

3. Перегнуть резиновый отросток колбы, зажать с помощью зажима, отсоединить колбу от системы и вновь определить суммарную массу m=m₀+m₂ на весах.

4. Определить массу откаченного воздуха m как разность

m=(m₀+m₁) – ( m₀+m₂)=m₁-m₂.

5. Измерить температуру воздуха в лаборатории.

6. Опыт произвести не менее трёх раз, откачивая воздух до одного и того же значения давления (Δр не менее 40 кПа).

7. Подсчитать по формуле (8) газовую постоянную. Учесть, что объём колбы V=1,22 л, молярная масса воздуха =0,029 кг/моль.

8. Рассчитать среднее значение R и сравнить его с теоретическим значением.

9. Оценить погрешность измерений.

10. Данные занести в таблицу 14.1.

Таблица 14.1.

Экспериментальные результаты в условиях откачки воздуха. Температура в лаборатории Т=…⁰К.

n/n	m0+m1	m0+m2	m1-m2	Δр	R	ΔR	ΔR/R·100%
1. 2. 3. … ср.зн.

Задание 2. Определение массы воздуха, накаченного в колбу и вычисление универсальной газовой постоянной.

1. Произвести накачку воздуха в колбу до некоторого давления. При этом манометр покажет избыточное давление Δр в колбе, т.е. разность между давлением в колбе и атмосферным давлением р₁:

Δp=p₂–p₁.

Не рекомендуется поднимать избыточное давление в колбе свыше 100кПа во избежании разрыва колбы.

2. Произвести взвешивание колбы с накаченным воздухом и определить массу накаченного воздуха m как разность:

m= ( m₀+m₂) – (m₀+m₁)=m₂–m₁,

где m₀ – масса колбы, m₁ – масса воздуха в колбе до накачки, m₂ – масса воздуха в колбе после накачки.

3. Опыт произвести не менее трёх раз, накачивая воздух до одного и того же значения избыточного давления.

4. Определить массу откаченного воздуха m как разность

m=(m₀+m₁) – ( m₀+m₂)=m₁-m₂.

5. Рассчитать среднее значение R и сравнить его с теоретическим значением.

6. Оценить погрешность измерений.

7. Данные занести в таблицу 14.2.

Таблица 14.2.

Экспериментальные результаты в условиях накачки воздуха. Температура в лаборатории Т=…⁰К.

n/n	m0+m1	m0+m2	m2-m1	Δр	R	ΔR	ΔR/R·100%
1. 2. 3. … ср.зн.

Задание 3. Определение концентрации, среднего числа столкновений и длины свободного пробега молекул при различных давлениях.

1. Вычислить концентрацию n, среднее число столкновений z и длину свободного пробега молекул воздуха по формулам (11-15) при атмосферном давлении.

2. Использую данные таблиц, определить давление в колбе p₂ по формулам (10) для режимов откачки и накачки.

3. Произвести расчёт концентрации n, среднего числа столкновений z и средней длины свободного пробега молекул воздуха по формулам (11-15) для режимов откачки и накачки.

4. Оценить погрешность измерений. Для абсолютной погрешности измерения давления взять 0,5 деления шкалы манометра.

5. Данные занести в табл. 14.3.

6. Сделать выводы.

Задание 4. Вычисление коэффициентов самодиффузии D, теплопроводности , вязкости воздуха при различных давлениях.

1. Используя отношение:

вычислить массу «молекулы воздуха» m₀.

2. Используя данные таблицы 14.3. вычислить коэффициенты самодиффузии D, теплопроводности , вязкости для воздуха при различных давлениях в колбе, соответствующих условиям опытов. При этом учесть, что для воздуха:

3. Результаты занести в табл. 14.4.

4. Оценить погрешности косвенных измерений D, , .

5. Сделать выводы.