SPRAWOZDANIE
Wydział MT
Kierunek MiBM
Laboratorium z fizyki:
WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA LEPKOŚCI POWIETRZA
Sekcja 7
Piotr Płonka
Jacek Pańtak
Wprowadzenie .
Teoria kinetyczna gazu doskonałego przyjmuje , że cząsteczki gazu są w ciągłym bezwładnym ruchu . Drobiny gazu mogą być traktowane jako sprężyste , małe kulki , oddziałujące na siebie jedynie podczas zderzeń . Pomiędzy zderzeniami cząsteczki przebywają różne drogi .
Kulista cząsteczka poruszająca się z prędkością v zderza się z tymi cząsteczkami , których środki znajdują siew odległości nie większej niż średnica cząsteczki d . Po zderzeniu cząsteczka może zmienić kierunek , lecz można przyjąć , że w czasie t "zamiata" walec o objętości pd2vśrt . Przy założeniu , że wszystkie pozostałe cząsteczki są nieruchome , to średnia liczba zderzeń cząsteczki w jednostce czasu będzie równa :
gdzie : no - koncentracja cząsteczek .
Ruch cząsteczki gazu .
Średnią drogę przebywaną przez cząsteczkę pomiędzy kolejnymi zderzeniami nazywamy średnią drogą swobodną :
Uwzględniając ruch wszystkich drobin ( ich prędkości podlegają prawu Maxwella ) równanie przyjmuje postać :
Koncentrację cząsteczek można wyliczyć z równania stanu gazu doskonałego wykorzystując regułę Avogarda :
gdzie k - stała Boltzmana , R - stała gazowa , n - liczba moli gazu .
Znając wartość średniej drogi swobodnej cząsteczek gazu można wyliczyć średnicę cząsteczek d . Nie jest to rzeczywisty rozmiar cząsteczki . Można jedynie mówić o średnicy czynnej lub efektywnej , a wielkość pd2/4 nazywa się przekrojem czynnym na zderzenie .
Siła lepkości opisana jest wzorem NEWTONA :
Porównując stronami te wzory otrzymujemy dla współczynnika lepkości gazu doskonałego:
Współczynnik gazu doskonałego nie zależy od ciśnienia .
Zasada pomiaru wykorzystana w ćwiczeniu 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 ciśnień Dp na jej końcach .
Współczynnik lepkości obliczamy ze wzoru :
Przebieg ćwiczenia .
1. Napełniamy butlę wodą do 2/3 pojemności .
2. Otwieramy zawór butli i ustalamy szybkość wypływu wody odpowiadającą różnicy
poziomu wody w manometrze ok. 3 cm.
3.Mierzymy czas t odpowiadający wypłynięciu z butli V = 500 cm3 wody .
4. Pomiary powtarzamy 10 - krotnie .
POMIARY
Promień rurki kapilarnej r = ..........mm
Długość rurki kapilarnej l = ...........mm
Temperatura otoczenia T = ..........oC
Dokładność skali termometru DT = .........oC
Ciśnienie atmosferyczne po = ........hPa
Dokładność pomiaru ciśnienia Dp = .........hPa
| Lp. | Czas wypływu [ s ] | Różnica poziomów Dh [ cm ] |
|---|---|---|
Tabela wykonanych pomiarów
Promień rurki kapilarnej r = 0.35 mm
Długość rurki kapilarnej l = 78 mm
Temperatura otoczenia T = 22oC
Dokładność skali termometru ΔT = 1oC
Cośnienie atmosferyczne Po = 992 Hpa
Dokładność pomiaru Δp = 1 Hpa
| Lp | Czas wypływu [s] | Różnica poziomów Δh [cm] |
|---|---|---|
| 1 | 478 | 2.80 |
| 2 | 459 | 3.00 |
| 3 | 396 | 3.10 |
| 4 | 454 | 2.90 |
| 5 | 447 | 3.00 |
| 6 | 402 | 3.10 |
| 7 | 453 | 3.00 |
| 8 | 440 | 3.00 |
| 9 | 437 | 2.90 |
| 10 | 455 | 3.10 |
Powyżsże dane zostały przepisane z protokołu pomiarowego wykonanego prze ze mnie na zajęciach laboratoryjnych w dniu 19.10.1995 r.
Obliczenia.
Wszystkie poniższe obliczenia zostały przeprowadzone przy pomocy komputera z wykorzystaniem następujących programów:
- Analiza - Roberta Respondowskiego,
- Matchcad 5.0
Wnioski.
Otrzymane dane nieznacznie różnią się od danych tablicowych.Jest tospowodowane niedokładnością wykonania pomiarów.Niedokładność ta wynika z ewentualnej niedokładności przyrządów (termometr,barometr,stoper),a także w znacznej mierze z zawodności oka - (błąd paralaksy).