Порядок виконання роботи:
1. Ознайомитися з установкою, визначити всі необхідні для розрахунків параметри і занести їх до таблиці.
2. Відкрити кран насоса і закрити кран капіляра. Накачати насосом повітря в балон, так щоб різниця рівнів досягала 25-40 см. Закрити кран насоса.
3. Через 3-5 хв., коли температура повітря в балоні зрівняється з температурою навколишнього середовища і не буде змінюватись рівень води в манометрі, зробити відлік різниці рівнів h1 в манометрі з точністю до 1 мм.
4. Відкрити краник капіляра, одночасно включити секундомір і виміряти час t опускання надлишкового тиску до 8-12 см водяного стовпа.
5. Записати атмосферний тиск і температуру повітря.
6. Вимірювання за пунктами 2-5 провести тричі для однакових h1 і h2.
Користуючись відповідними співвідношеннями, обчислити коефіцієнт внутрішнього тертя η, середню довжину вільного пробігу молекул λ і газокінетичний діаметр молекул повітря d; молярна маса повітря дорівнює 0,029 кг/моль.
Результати вимірів та розрахунків подати в таблиці:
-
№
r
l
V
P
T
h1
h2
t
η
λ
d
1
2
3
Середні значення
Дайте відповідь на запитання:
Який фізичний смисл коефіцієнта внутрішнього тертя?
Як має змінюватись в’язкість газів в залежності від температури?
Що таке середня довжина вільного пробігу молекул і від чого вона залежить?
Як залежить середня довжина вільного пробігу молекул від тиску при сталій температурі?
Лабораторна робота № 18.
Визначення універсальної газової сталої акустичним методом.
Прилади і приладдя: труба з рухомим поршнем, гумовий молоточок, масштабна лінійка, термометр.
Мета роботи: засвоїти акустичний метод дослідження газів.
Коротка теорія
Звукові коливання, поширюючись в повітрі, являють собою періодично повторювані розрідження та згущення повітря. Якщо частота коливань висока, то, внаслідок малої теплопровідності повітря, не встигає відбуватися теплообмін між місцями згущень і розріджень. Процес поширення звуку в повітрі можна вважати адіабатичним, тобто таким, що відбувається без теплообміну. На цій основі одержано такий вираз для швидкості поширення звуку в газах:
v
=
, (1)
де
γ=Cp/Cv
- показник адіабати, що дорівнює
відношенню молярних теплоємностей при
ізобаричному Cp
і ізохоричному Cv
процесах, P і ρ - тиск і
густина газу.
Відношення P / ρ можна визначити з рівняння Менделеєва-Клапейрона:
PV
=
.
(2)
Підставляючи (2) в (1) і визначаючи
швидкість звуку як v =
,
визначимо із останнього універсальну
газову сталу:
R
=
.
(3)
Показник адіабати γ виразимо через ступенів вільності молекул газу і:
γ = Cp/Cv = ( і +2 )/і. Підставивши його значення в ( 3 ), одержуємо
R = μ i v2 / ( і + 2 ) T. (4)
Швидкість звуку можна виразити через довжину хвилі λ і частоту коливань ν.
v = λν. (5)
Тому остаточно з ( 4 ) одержуємо
R = μ i λ2 v2 / ( і + 2 )T. (6)