Протокол лабораторной работы №7

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 20Следующая ⇒

№ опытов	Η ₁	Η ₂	γ	Δ γ

Среднее значения

Результат:

Вопросы для самопроверки к работе №7

1. Напишите уравнение I начала термодинамики.

2. Что такое внутренняя энергия газа?

3. Что такое молярная теплоемкость при и .

4. Напишите уравнение Майера.

5. Запишите I начало термодинамики для изохорического, изобарического и изотермического процессов.

6. Какой процесс называется адиабатным?

Запишите соотношение между P и V, T и V при адиабатном процессе.

Список рекомендуемой литературы

1. Дмитриева В.Ф., Прокофьев В.Л. Основы физики. – М.: Высшая школа, 2009.

2. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2010.

Материально–техническое обеспечение

1. Установка для лабораторной работы по молекулярной физике «Определение показателя степени в уравнении Пуассона методом Клемана – Дезорма».

2. Программа для моделирования лабораторной работы на компьютере.

Лабораторная работа №8.

«Определение коэффициента вязкости жидкости по методу Стокса»

Краткая теория.

Движение молекул газа в термодинамической равновесной системе полностью хаотично. Из основных представлений кинетической теории следует, что газы испытывают в 1 секунду порядка столкновений (соударений). Число столкновений (среднее) за 1с

где d – эффективный диаметр молекул газа;

n – концентрация (т.е. число молекул в единице объёма); ;

– средняя арифметическая скорость молекул.

Расстояние, которое проходит молекула между двумя последовательными соударениями называется средней длиной свободного пробега

;

В газах и жидкостях вследствие хаотичного движения молекул происходит необратимый процесс переноса различных физических величин. Эти явления объединяются общим названием «явление переноса».

I. Перенос массы от мест с более высокой концентрацией молекул к местам с более низкой концентрацией называют диффузией.

Эта масса определяется уравнением:

Здесь – площадка, нормальная к потоку продиффундирующему через неё массы М;

– время движения молекул через площадку ;

– градиент концентрации; ; – масса одной молекулы газа;

Д – коэффициент диффузии: .

II. Перенос импульса молекулами из соприкасающихся слоёв газа или жидкости, в которых молекулы движутся с разными скоростями в одном направлении, определяют силы внутреннего трения (их называют вязкостью).

Сила внутреннего трения F между двумя слоями жидкости определяется уравнением

здесь – градиент скорости, т.е. изменение скорости на единицу длины в направлении оси х.

Коэффициент вязкости , где – плотность газа или жидкости.

III. Перенос энергии происходит вследствие хаотичного движения молекул из областей с более высокой температуры и обладающих большей энергией ( ) в области с более низкой температурой. Этот процесс называется теплопроводностью. Перенос энергии определяется уравнением

где Q – количество теплоты, перенесённое через изотермическую площадку за время ;

– градиент температуры;

х – коэффициент теплопроводности.

;

– удельная изохорическая теплоёмкость.

При движении тела в вязкой среде возникает сопротивление этому движению. При малых скоростях и обтекаемой форме тела сопротивления обусловлена вязкостью жидкости. Слой жидкости, непосредственно прилегающий к твёрдому телу, прилипает к его поверхности и увлекается им. Следующий слой увлекается за телом с меньшей скоростью. Таким образом, между слоями возникают силы внутреннего трения.

При падении шарика радиуса r в вязкой жидкости, находящеёся в мензурке (рис. 1), на него действует две противоположно направленные силы. Одна из них f обусловлена гравитацией за вычетом выталкивающих (архимедовой) силы. Другая сила F обусловлена внутренним тернием. Из теории следует, что

(1)

(2)

где – коэффициент вязкости (или внутреннего трения);

– плотность вещества шарика;

– плотности жидкости;

g – ускорение силы тяжести;

– скорость шарика.

Цель работы – измерение вязкости жидкости методом Стокса.

Как видно из (2), сила растёт с увеличением скорости до тех пор, пока не установится равенство сил f и F:

(3)

С этого момента шарик движется равномерно и прямолинейно (установившиеся движение). Из (3) следует, что коэффициент вязкости

(4)

В методе Стокса по этой формуле, измерив r и и пользуясь известными значениями , и g, определяют вязкость жидкости.

Порядок выполнения работы.

В стеклянный цилиндр наливают жидкость, коэффициент вязкости которой нужно определить. На цилиндр наносят две горизонтальные метки К₁ и К₂ на расстоянии l друг от друга (рис. 1). При определении коэффициента вязкости употребляют очень маленькие металлические шарики, диаметр которых измеряют под микроскопом. Для измерения диаметра шарик кладут на предметный столик, вращением кремальерного винта микроскопа подводят объектив микроскопа к шарику (но не касаясь шарика), а затем, наблюдая через окуляр микроскопа вращают кремальерный винт, медленно поднимая объектив, устанавливают ясную видимость контура шарика. Затем отсчитывают число делений окулярного микрометра, которое укладывается на диаметре шарика. Если цена деления окулярного микроскопа равна n, а на диаметре укладывается N деления, то диаметр равен .

Измерив диаметр шарика, подносят его к поверхности жидкости, ближе к центру, а глаз устанавливают против верхней метки К₁ так, чтобы она вся сливалась в одну прямую. Опускают шарик в жидкость и в момент прохождения шарика через метку пускают в ход секундомер. Затем аналогичным образом устанавливают глаз против нижней метки К₂ и в момент прохождения шарика через вторую метку останавливают секундомер. Верхняя метка наносится с таким расчётом, чтобы скорость шарика при подходе к метке была уже установившейся, следовательно . Подставляя эти значения в формулу (4), окончательно получим:

(5)

где – величина для данного прибора постоянная.

Необходимо сделать не менее 10 измерений. Все результаты измерений записывают в таблицу.

Расчёты выполняют на программируемом микрокалькуляторе «Электроника МК64» или вручную.

Рекомендуемая форма протокола выполнения лабораторной работы приведены ниже.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒