- •Ен.Ф. 03 физика
- •Лабораторная работа №32 Определение коэффициента внутреннего трения газов и длины свободного пробега их молекул
- •1 Общие сведения
- •2 Описание установки и вывод расчетной формулы
- •3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
- •3.15 Окончательный результат дается в цифровом виде .
- •3.15 Окончательный результат дается в цифровом виде .
- •4 Контрольные вопросы
2 Описание установки и вывод расчетной формулы
Схема установки для определения коэффициента внутреннего трения изображена на рисунке 1.
Рисунок 1 Схема лабораторной установки: 1-сосуд; 2- краник; 3- аспиратор; 4- мерная линейка; 5- капиллярная трубка; 6- тройник;
7- жидкостный манометр
Когда из аспиратора 3 выливается вода, давление в нем понижается и через капилляр 5 засасывается воздух. Вследствие внутреннего трения давления на концах капилляра неодинаковы. Разность этих давлений р измеряется манометром 7 по величине разности столбов жидкости в нем. Длина и радиус капилляра приведены на установке. Объем воздуха, прошедшего за время через капилляр, также может быть легко определен по шкале 4 аспиратора, градуированной в литрах.
Для газов, так же как и для жидкостей, коэффициент внутреннего трения определяется формулой Пуазейля
, (4)
где
(5)
Здесь - плотность воды в манометре, кг/м3; - ускорение свободного падения, м/с2.
Коэффициент внутреннего трения связан со средней длиной свободного пробега соотношением:
, (6)
где - плотность газа при данной температуре, кг/м3; - средняя арифметическая скорость молекул, м/с. Известно /1-3/, что
,
а плотность газа можно определить из уравнения Менделеева-Клапейрона:
,
где - молярная масса (для воздуха =29 кг/моль); - атмосферное давление, Па; Т – температура, К.
Из формул (4-6) следует, что можно определить, по формуле (7):
. (7)
3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
3.1 При подготовке к лабораторной работе необходимо изучить и законспектировать следующие библиографические источники:
- для неинженерных специальностей С. 153–158, 164–166 /1/.
- для инженерных специальностей С. 175–184, 191–194 /2/; С. 95–97 /3/.
3.2 Налить воду в аспиратор до 70-80% его объема. При этом над поверхностью воды в аспираторе устанавливается атмосферное давление Рат.
3.3 Через краник 2 (рисунок 1) слить воду в сосуд 1 до определенного уровня (уровень или объем задается преподавателем). При этом измерить время , в течение которого сливается вода объемом V, и разность уровней показаний манометра .
3.5 Измерения производить не менее 5 раз. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.
Таблица 1 Результаты измерений и вычислений
№ п/п |
Обозначения физических величин |
||||||||||
, с |
, м |
, Па |
ηi |
, Па.с |
Δηi |
|
λi |
м
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Среднее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. 6 По формуле (5) найти разность давлений Р = ρ g h в каждом опыте.
3.7 Для каждого опыта рассчитать η по формуле (4).
3.8 Используя найденные значения η, рассчитать длину свободного пробега λ по формуле (7) в каждом опыте. Полученные числа записать в таблицу 1.
3.9 Расчет погрешностей.
По таблицам коэффициентов Стъюдента (приложение А) найти для n =5 и доверительной вероятности Р = 0,997.
3.10 Вычислить абсолютные погрешности
Δη1 = η1 -
_ _ _ _ _ _ _
Δη5 = η5 -
3.11 Найти квадраты погрешностей (Δη)2, затем их сумму .
3.12 Рассчитать среднюю квадратическую погрешность
.
3.13 Найти коэффициент Стьюдента по таблице, приведенной в конце текста, для n = 5 и р = 0,95.
3.14 Рассчитать абсолютную случайную погрешность Δ , которая определяет границы доверительного интервала для .