Головна

Визначення довжини вільного пробігу та ефективного діаметра молекул повітря через вимірювання коефіцієнта внутрішнього тертя

  1. I. МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ.
  2. II . Основы молекулярной физики и термодинамики
  3. II. Визначення коефіцієнтів світловідбиття оздоблювальних матеріалів.
  4. II. Основы молекулярной физики и термодинамики
  5. Oslash;Рєстрація температури тіла та визначення температурних кривих
  6. s Визначення оптимального темпу роботи з урахуванням динаміки наростання втоми.
  7. А. В. ТОЛСТИХ ВВАЖАЄ, ЩО ПРЕДМЕТ ВІКОВОЇ ПСИХОЛОГІЇ - «ОСОБИСТІСТЬ ЧЕРЕЗ ПРИЗМУ ЇЇ ОНТОГЕНЕТИЧНОГО РОЗВИТКУ». ЯК ВИ РОЗУМІЄТЕ ЦЕ ТВЕРДЖЕННЯ?

Для визначення коефіцієнта внутрішнього тертя η скористаємося методом Пуазейля, який формулюється так: об'єм повітря, що проходить за час τ через капіляр, дорівнює об'єму рідини V, що витікає з посудини за той же час:

(18.1)

З формули Пуазейля (18.1) виходить, що

, (18.2)

де r - радіус капіляра; - довжина капіляра, V об'єм рідини; τ - час витікання рідини; DP - різниця тисківна кінцях капіляра.

Формули (18.1) та (18.2) можна застосувати до газів, якщо знехтувати їх стисливістю. Це можливо лише при невеликих різницях тисків на кінцях капіляра. У даній роботі вимірювання проводиться при малих значеннях DP.

Оскільки всі величини в правій частині формули (І8.2) можна виміряти, то цією формулою можна користуватись для визначення коефіцієнта внутрішнього тертя для будь-якого газу або суміші газів.

З другого боку, кінетична теорія ідеального газу встановляє певне співвідношення між коефіцієнтом внутрішнього тертя η , середньою довжиною вільного пробігу молекул газу , середньою арифметичною швидкістю їх руху і густиною газу ρ :

. (18.3)

Для реальних газів у це співвідношення вводиться додатковий коефіцієнт, що залежить від сили взаємодії між молекулами газу, який можна прийняти приблизно рівним1,5. В такому разі формула (18.3) для реальних газів матиме вигляд:

.

Густина газу ρ за даних умов може бути визначена з рівняння Менделєєва - Клапейрона

; , (18.4)

де R = 8,31 Дж/моль·К -універсальна газова стала; μ- молярна маса газу; Р - тиск; Т - абсолютна температура; m - маса газу.

Середня арифметична швидкістьмолекул газу

(18.5)

Підставляючи в рівняння (18.3) значення ρ (18.4) та (18.5), визначимо середню довжину вільного пробігу молекул газу:

. (18.6)

Середня довжина вільного пробігу λ та ефективний діаметр молекул газу σ зв'язані співвідношенням

,(18.7)

де σ - ефективний діаметр молекули; n - число молекул в 1м3 за даних умов (температури та тиску) - находять з рівняння

P=nKT, (18.8)

де К =1,38· 10 -23 Дж/К - стала Больцмана.

Розв'язуючи спільно (18.7) та (18.8), одержимо:

. (18.9)

Все викладене вище стосується однорідного газу. Повітря ж є суміш газів, в основному азоту (75,7 % за масою) і кисню (23 % за масою). Оскільки ці гази двоатомні і близькі за молярними масами ( = 0,028 кг/моль; =0,032 кг/моль) і за багатьма іншими властивостями, то наведеними тут формулами можна користуватися і для повітря, вважаючи його однорідним газом з = 0,029 кг/моль.

Обладнання: посудина з краном-капельницею та капіляром, наповнена водою; мензурка; склянка для збирання води, що витікає з посудини; секундомір; термометр; барометр.

 



Послідовність виконання роботи | Опис установки та методики вимірюваннь.

Визначення термічного коефіцієнта тиску повітря за допомогою газового термометра | Опис установки та методики вимірювання | Послідовність виконання роботи | Явища переносу | Визначення коефіцієнта дифузії повітря | Опис вимірювального обладнання та методики вимірів. | Послідовність виконання роботи | І. Метод Стокса | Послідовність виконання роботи | Метод Оствальда |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати