LEPKOP~1, Politechnika ˙l˙ska


Politechnika Śląska

Wydział Elektryczny

studia wieczorowe

4. Wyznaczanie współczynnika

lepkości powietrza

WSTĘP

Pomiędzy kolejnymi zderzeniami, cząsteczki poruszają się ze stałymi prędkościami wzdłuż linii prostych.

Średnia droga swobodna ( odległość pomiędzy miejscami kolejnych zderzeń) to:

gdzie: n0 - koncentracja cząsteczek

d - średnica cząsteczki

Po modyfikacji ( rozkład Maxwella ) mamy:

gdzie:

Podstawiając n0 otrzymamy:

Siła lepkości- jest to jedno z zjawisk transportu zachodzące w gazie i jest opisana wzorem Newtona:

gdzie: η - współczynnik lepkości ( η = 1/3∗v∗λ∗ρ )

Gęstość gazu można wyrazić za pomocą równania stanu gazu doskonałego:

Prędkość średnią obliczamy zgodnie z prawem maxwellowskim rozkładu prędkości:

Można wykazać że współczynnik lepkości gazu doskonałego nie zależy od ciśnienia.

Z obniżeniem ciśnienia maleje koncentracja i zmniejsza się liczba cząsteczek przekazujących pęd pomiędzy warstwami.

Metoda pomiaru współczynnika lepkości powietrza oparta jest na prawie Poiseuille'a

Ustalającym zależność wydatku V/t płynu przepływającego przez rurkę kapilarną (o promieniu r i długości l ) pod wpływem różnicy ciśnienia Δp na jej końcach

Δp = ρw∗g∗Δh

gdzie : ρw - gęstość wody w temperaturze otoczenia

g - przyspieszenie ziemskie

Δh - różnica poziomów wody w rurkach manometru

PRZEBIEG ĆWICZENIA.

1.Napełniamy butlę wodą do 2/3 jej pojemności .

2.Otwieramy zawór butli i ustalamy szybkość wypływu wody odpowiadającą różnicy poziomu wody w manometrze ok. 3 cm .

3.Po ustaleniu się prędkości wypływu mierzymy czas odpowiadający wypłynięciu z butli V=250 cm2 wody .

4. Pomiary powtarzamy 10-krotnie , każdorazowo wlewając wodę z menzurki ponownie do butli w celu zapewnienia stałej w każdym pomiarze prędkości wypływu .

5. Pomiary wpisujemy do tabeli.

Lp.

Czas wypływu [s]

Różnica poziomów

Δh [cm]

1

208.66

3

2

207.63

3

3

203.68

3

4

203.59

3

5

204.35

3

6

201.52

3

7

205.47

3

8

205.44

3

9

203.97

3

10

206.72

3

6. Wartości stałe wykorzystywane przy obliczeniach:

Promień rurki kapilarnej r = 0.35mm

Długość rurki kapilarnej l= 78mm

Temperatura otoczenia T = (23±1)°C

Ciśnienie atmosferyczne p0 = (984±5) hPa

OBLICZENIA

1. Dla każdego pomiaru obliczamy współczynnik lepkości powietrza według wzoru:

gdzie: ρw - gęstość wody .

Otrzymujemy następujące lepkości powietrza:

η1

= 1,89E-05

η2

= 1,88E-05

η3

= 1,84E-05

η4

= 1,84E-05

η5

= 1,85E-05

η6

= 1,82E-05

η7

= 1,86E-05

η8

= 1,86E-05

η9

= 1,84E-05

η10

= 1,87E-05

2. Obliczamy średnią ważoną współczynnika lepkości powietrza oraz błąd jego wyznaczania .

Waga poszczególnych pomiarów obliczona według wzoru: wi = a/(Δxi)2

w1 =

967349,4

w2 =

1916640

w3 =

6044234

w4 =

5346545

w5 =

21585452

w6 =

953361,2

w7 =

90869675

w8 =

108074943

w9 =

9534354

w10 =

4680918

Średnią ważoną obliczamy ze wzoru:

otrzymujemy: ηw = 1.864∗10-5 Pa∗s.

Obliczamy błędy dla poszczególnych lepkości korzystając ze wzoru: Δηi = ηi - η

Δη1 =

3,22E-07

Δη2 =

2,28E-07

Δη3 =

-1,3E-07

Δη4 =

-1,4E-07

Δη5 =

-6,8E-08

Δη6 =

-3,2E-07

Δη7 =

3,32E-08

Δη8 =

3,05E-08

Δη9 =

-1E-07

Δη10 =

1,46E-07

Z powyższych wartości obliczamy błąd średniej ważonej stosując wzór:

otrzymujemy: Δηw= 0.002∗10-5 Pa∗s.3. Obliczamy średnią drogę swobodną cząsteczek powietrza :

gdzie: ρp - gęstość powietrza

obliczona wartość: ρp = 1.153 kg/m3

v - średnia prędkość cząsteczek powietrza

obliczona wartość: v = 466 m/s

μ = 28.83 kg/kmol - masa molowa powietrza ,

R = 8.31 J/mol∗K- stała gazowa .

Otrzymane wartości odstawiamy do wzoru na średnią drogę swobodną.

Średnia droga swobodna cząstek powietrza wynosi: λ = 1.04 10-7 m

8.Obliczamy średnicę efektywną cząsteczek powietrza ze wzoru:

otrzymujemy: d = 2.997 ∗ 10-10m

gdzie : k = 1.38∗10-23 J/K - stała Boltzmanna .

9.Obliczamy błędy wyznaczania średniej drogi swobodnej oraz średnicy efektywnej cząsteczek powietrza.

a) korzystając z pochodnej logarytmicznej wyznaczamy błąd:

- gęstości powietrza stosując wzór:

lnρp = lnpo - lnT

= 11.838∗10-3 kg/m3

-prędkości średniej stosując wzór:

lnv = 1/2 lnT

= 3.378∗10-3m/s.

Wartości błędów względnych gęstości i prędkości średniej powietrza podstawiamy do wzoru:

= 10.174∗10-3

Otrzymany błąd względny mnożymy przez wartość średniej drogi swobodnej i otrzymujemy błąd bezwzględny : Δλ = 0.0107 10-7m

b) korzystając z pochodnej logarytmicznej wyznaczamy błąd średnicy efektywnej stosując wzór:

lnd = lnT + lnpo

otrzymujemy błąd względny δ = 4.25 ∗ 10-3

Otrzymany błąd względny mnożymy przez wartość średnicy efektywnej i otrzymujemy błąd bezwzględny : Δd = 12.72 10-13m

WYNIKI

1. Lepkość powietrza ηw = (1.86 ± 0.01)∗10-5 Pa∗s

2. Długość średniej drogi swobodnej cząsteczek powietrza λ = (1.04 ± 0.01)∗10-7m

3. Średnica efektywna cząsteczek powietrza d = (3 ± 0.02)∗ 10-10m

WNIOSEK

Zastosowana metoda pomiaru lepkości powietrza jest stosunkowo prosta dając względnie dokładny wynik.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Hoppler, POLITECHNIKA ˙L˙SKA
CURIE, CURIE1, Politechnika ˙l˙ska
Absorbcja promieniowania gamma, Absorpcja promieniowania gamma 4, Politechnika ˙l˙ska
Wahadło matematyczne, WAHADLO Matemat, POLITECHNIKA ˙L˙SKA
Badanie statystycznego charakteru rozpadu promieniotwórczego, Statystyczny charakter rozpadu promien
Ćwicze1nie4, Politechnika ˙l˙ska w Gliwicach
Wyznaczanie charakterystyk fotokomorki gazowanej2, Politechnika ˙l˙ska
CZWOR, Politechnika ˙l˙ska Studia Wieczorowe
Lab 1 (MM1), Politechnika ˙l˙ska
WYZNAC~1 3, POLITECHNIKA ˙L˙SKA
wahadło matematyczne i rewersyjne, Politechnika ˙l˙ska
Rezonator kwarcowy, REKWARCO, POLITECHNIKA ˙L˙SKA
Charakterystyka fotokomórki gazowanej, DOK4, POLITECHNIKA ˙L˙SKA
Rezonator kwarcowy, REKWARCO, POLITECHNIKA ˙L˙SKA
Charakterystyka fotokomórki gazowanej, DOK4, POLITECHNIKA ˙L˙SKA
LC, POLITECHNIKA ˙L˙SKA
SKŁADS~1, Politechnika ˙l˙ska

więcej podobnych podstron