WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«ЭФФЕКТИВНОГО ДИАМЕТРА МОЛЕКУЛ ВОЗДУХА Цель работы: определить среднюю длину свободного пробега и эффективный диаметр молекул газа. Введение Молекулы газа, находясь в тепловом ...»

РАБОТА 9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ ДЛИНЫ СВОБОДНОГО ПРОБЕГА И

ЭФФЕКТИВНОГО ДИАМЕТРА МОЛЕКУЛ ВОЗДУХА

Цель работы: определить среднюю длину свободного пробега и эффективный диаметр

молекул газа .

Введение

Молекулы газа, находясь в тепловом движении, непрерывно сталкиваются друг с

другом. Под столкновением молекул подразумевают процесс взаимодействия между

молекулами, в результате которого молекулы изменяют направление своего движения .

Расстояние, которое молекула проходит между двумя последовательными соударениями, называется длиной свободного пробега молекулы. Эта величина для различных молекул может сильно различаться. Даже для одной и той же молекулы от соударения к соударению она может меняться с очень широким интервалом. Однако среднее значение этой величины для данного состояния газа является величиной постоянной. Средняя длина свободного пробега молекул зависит от числа молекул в единице объема газа. Кроме того, чем больше размер молекулы, тем меньше средняя длина свободного пробега .

Минимальное расстояние, на которое сближаются при столкновении центры двух молекул, называется эффективным диаметром молекулы d. Эффективный диаметр молекул зависит от энергии и температуры. С ростом температуры эффективный диаметр уменьшается, т.к. увеличивается кинетическая энергия молекулы .

Средняя длина свободного пробега и эффективный диаметр молекулы d связаны между собой соотношением, (9.1) 2nd 2 где n – число молекул газа в единице объема (концентрация молекул) при давлении P и температуре T .

При нормальных условиях 107 м, d ~ 1010 м .

В данной работе определяется средняя длина свободного пробега молекул воздуха по коэффициенту внутреннего трения (вязкости) .

Механизм возникновения внутреннего трения межу слоями газа, движущимися с разными скоростями, заключается в том, что вследствие хаотического теплого движения молекул происходит обмен молекулами между слоями газа (жидкости), в результате чего импульс слоя, движущегося быстрее, уменьшается, а движущегося медленнее – увеличивается (происходит перенос импульса от одного слоя к другому). Это приводит к торможению слоя, движущегося быстрее, и ускорению слоя, движущегося медленнее .

Из молекулярно-кинетической теории вытекает формула, связывающая вязкость со средней длиной свободного пробега молекулы.

Эта формула имеет вид:

v, (9.2) где коэффициент внутреннего трения (вязкости); плотность газа; v средняя арифметическая скорость движения молекул .

Среднюю арифметическую скорость молекул газа можно найти по формуле 8RT

–  –  –

где P – давление газа, Т – температура .

Величину внутреннего трения газа () можно определить, используя закон Пуазейля, согласно которому объем газа, протекающего по трубке радиусом r, длиной l за время t выражается следующим образом:

–  –  –

где r – радиус капилляра; l длина капилляра; P, T – давление и температура воздуха в помещении; V – объем воздуха, вошедшего в сосуд за время t; P – разность давлений на концах капилляра .

–  –  –

где T0, P0, n0 - соответственно температура, давление и концентрация молекул воздуха при нормальных условиях ( T0 273 К, P0 760 мм рт. ст., n0 = 2,7·1025 м3 – число Лошмидта, т.е. концентрация молекул при нормальных условиях) .





Учитывая уравнение (9.8) эффективный диаметр молекулы воздуха (D) можно записать в виде

–  –  –

Установка для определения средней длины свободного пробега молекул воздуха представлена на рис. 9.1. Сосуд 1 заполняется водой, таким образом, чтобы капилляр 3 не касался поверхности воды. Сверху сосуд плотно закрывается пробкой 2, сквозь которую пропущен капилляр 3. Снизу сосуд снабжен краном 4. Под краном ставится мерный стакан (5) для сбора воды. При закрытом кране давление воздуха над жидкостью равно атмосферному. Если открыть кран, то жидкость сначала начнет вытекать непрерывной струей, а затем каплями. В то же время через капилляр в сосуд начнет всасываться воздух .

–  –  –

Видно, что перепад давлений на концах капилляра изменяется с высотой воды в сосуде по линейному закону. Поэтому, необходимо взять средний перепад давлений в начале и в конце истечения жидкости

–  –  –

где h1, h2 – высоты уровня жидкости в сосуде в момент времени, соответствующие началу и концу измерений, g - ускорение свободного падения, - плотность воды .

Подставив (9.11) в (9.7), получаем

–  –  –

Радиус капилляра в данной работе известен, либо его измеряют с помощью микроскопа. Температуру и атмосферное давление воздуха измеряют термометром и барометром, установленными в помещении лаборатории .

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте таблицы 9.1 и 9.2 для записи результатов измерений .

2. Запишите в таблицу 9.1 атмосферное давление Р, определенное по барометру и измеренную по термометру комнатную температур Т. Диаметр сосуда, диаметр и длина капилляра указаны на установке .

–  –  –

5. Когда уровень воды в сосуде опустится на 2-3 см., остановите секундомер, одновременно перекрыв кран. Отметьте новый уровень воды h2. Результаты измерений запишите в таблицу 9.2 .

6. Долейте воду в сосуд до первоначального уровня .

7. Повторите измерения п.п.4-5 не менее 5 раз. Результаты измерений занесите в таблицу 9.2 .

8. По формуле (9.14) определите среднюю длину свободного пробега молекул воздуха. Рассчитайте погрешность. Результаты занесите в таблицу 9.2 .

9. Используя среднее значение длины свободного пробега, по формуле (9.9) вычислите величину эффективного диаметра молекул воздуха и ее погрешность .

10. Напишите заключение к работе .

Контрольные вопросы

1. Что называется средней длиной свободного пробега и эффективным диаметром молекул? Запишите связь между этими величинами .

2. Почему длина свободного пробега зависит от атмосферного давления?

3. Как влияет влажность воздуха в лаборатории на точность измерения длины свободного пробега?

4. Выведите расчетную формулу (9.6) .

5. Запишите закон Пуазейля. Почему длина свободного пробега зависит от длины капилляра?

Почему эффективный диаметр молекул газа не является константой, от чего он 6 .

зависит?

Сравните значения свободного пробега кислорода, азота, водорода и ряда других 7 .

газов. Какие выводы можно сделать из проведенного анализа?

Как зависит величина длины свободного пробега молекул от скорости их 8 .

движения?

Почему концы капилляра в эксперименте находятся под разным давлением? Отчего 9 .

зависит величина этого давления?

10. Определите коэффициент теплопроводности воздуха, используя данные, полученные в эксперименте .

11. Как изменится длина свободного пробега, если газ станет реальным (ван-дерваальсовским газом)?

12. Как влияет точность изготовления капилляра на точность измерений?




Похожие работы:

«МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (МГС) INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION (ISC) ГОСТ МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ 2409— СТАНДАРТ ОГНЕУПОРЫ Метод опр...»

«www.orion-stolitsa.ru ИСТОЧНИК ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ ББП-50 PRO2 Технический паспорт Источник вторичного электропитания резервированный "ББП-50 Pro2" (далее – ББП) предназначен для обеспечения беспе...»

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР ПОДСОЛНЕЧНИК, требования при заготовках и поставках ГОСТ 22391-89 Sunflower. Requirements for state purchases and deliveries UJCN 22391-89 ОКП 97 2111 Срок действия с 01.07.90 до 01.07.95 Настоящий стандарт распространяется на семена подсолнечника, заготовляемые пр...»

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР ГРУНТЫ МЕТОД ЛАБОРАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОСАДОЧНОСТИ ГО СТ 2 3 1 6 1 -7 8 Издание официальное ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ СТРОИТЕЛЬСТВА Москва строительство домов под ключ РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Ордена Трудового Красного Знамени на­ учно-ис...»

«Нелинейная динамика. 2016. Т. 12. № 1. С. 99–121. Полнотекстовая версия в свободном доступе http://nd.ics.org.ru DOI: 10.20537/nd1601008 ПЕРЕВОДНЫЕ СТАТЬИ УДК: ?? MSC 2010: 37D45, 37D20, 34D08, 32Q05, 70F20 Гиперболический хаос в автоколебательных системах на основе трой...»

«Понедельник Научно-исследовательский институт теории и истории 16 ноября 2015 архитектуры и градостроительства Институт Финляндии в Санкт-Петербурге 9:30–10:00.— регистрация участников. Рег...»

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР ГИЛЬЗЫ КАБЕЛЬНЫЕ ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ГОСТ 23469.0-81 Издание официальное Цена 3 коп. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ Москва магазин скатертей РАЗРАБОТАН М инистерством монтажных и специа...»

«Шалымов Егор Вадимович ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРООПТИЧЕСКОГО ГИРОСКОПА НА ОСНОВЕ ПАССИВНЫХ КОЛЬЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ Специальность: 05.11.07 – Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель: д.ф.-м.н., до...»

«23MWG-850T/B-M v1.0 МИКРОВОЛНОВАЯ ПЕЧЬ БЫТОВАЯ Руководство по эксплуатации с гарантийным талоном прочитайте внимательно перед эксплуатацией СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ПРОЧЕЕ Инструкция по мерам безопасности Особенности Материалы, разрешенные к использованию Радиопомехи в микроволновой печи Материалы, которые нельзя использовать Информация о серт...»







 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.