Завдання. 1. Промити віскозиметр дистильованою водою, встановити його в термостаті вертикально і закріпити

1. Промити віскозиметр дистильованою водою, встановити його в термостаті вертикально і закріпити. Заповнити віскозиметр дистильованою водою таким чином, щоб рівень води знаходився нижче рівня N.

2. Закрити корком отвір 9 і за допомогою ручного насоса обережно довести рівень води до половини висоти розширення 2.

3. Відкрити отвір 9 і, спостерігаючи витікання води, пустити в хід секундомір у момент проходження меніска через мітку N в момент проходження меніска через мітку М секундомір зупинити. Дослід повторити не менше 5-ти разів і визначити середнє значення .

4. Аналогічно визначити час витікання досліджуваної рідини, попередньо промивши віскозиметр невеликою кількістю даної рідини. Знайти середнє значення часу .

5. За формулою (10) визначити коефіцієнт , використовуючи табличні значення , і . При цьому необхідно взяти табличні значення , що відповідають температурі води у термостаті під час досліду.

6. Оцінити похибки вимірювань.

Контрольні запитання:

1. Який фізичний зміст динамічної в’язкості?

2. Як пояснити з погляду молекулярно-кінетичної теорії виникнення сили в’язкості?

3. У чому полягає метод Стокса?

4. Яка методика визначення динамічної в’язкості на основі методу Пуазейля?

Лабораторна робота № 2.02. Визначення середньої довжини вільного пробігу і ефективного діаметра молекул газу

Вступ

Середня довжина вільного пробігу молекул дорівнює віддалі, яку проходить в середньому молекула між двома послідовними співударами і характеризує всю сукупність молекул газу при даних значеннях його температури й тиску. В даній роботі для визначення середньої довжини вільного пробігу молекул використовується вираз для динамічної в’язкості газу, виведений на основі молекулярно-кінетичної теорії з урахуванням розподілу молекул за швидкостями і сил взаємодії між молекулами реального газу

, (1)

де – динамічна в’язкість, – середня швидкість хаотичного руху молекул газу, – густина газу. Відповідний вираз для ідеального газу, одержаний без врахування розподілу молекул по швидкостях, відрізняється від формули (1) тільки числовим коефіцієнтом, рівним 1/3. З формули (1) слідує

(2)

Вимірюючи на досліді динамічну в’язкість , можна за формулою (2) знайти середню довжину вільного пробігу молекул, якщо відомі середня арифметична швидкість газових молекул і густина газу . Згідно з кінетичною теорією газів

, (3)

де – молярна газова стала, – термодинамічна температура, – молярна маса газу. Густину газу можна знайти з рівнянням Менделєєва-Клапейрона

, (4)

де – тиск газу.

Середня довжина вільного пробігу залежить від ефективного діаметра молекул і числа молекул в одиниці об’єму :

(5)

Ефективний діаметр молекули – це та найменша віддаль, на яку наближаються при співударі центри двох молекул, і її можна визначити, використовуючи формулу (5), враховуючи при цьому, що число молекул в одиниці об’єму газу дорівнює

, (6)

де – постійна Больцмана, – температура, – тиск газу.

Метод визначення динамічної в’язкості повітря

В цій роботі досліджуваним газом є сухе повітря, динамічна в’язкість якого визначається на основі формули Пуазейля: (див. лаб. робота № 2.01, формула 8)

(7)

Рис. 2.4

Установка (рис. 2.4) складається з наповненого водою аспіратора 1, капіляра 2 і манометра 3. При витіканні води через кран 4 тиск в аспіраторі знижується і через капіляр в аспіратор всмоктується сухе повітря, яке попередньо проходить через осушувач 5. Різницю тисків , що виникає на кінцях капілярної трубки, вимірюється за допомогою манометра

, (8)

де – густина рідини в манометрі, різниця висот рівнів в манометрі, – прискорення вільного падіння. Об’єм повітря, яке протікає через капіляр, визначається по об’єму води, що витікає з аспіратора.