Politechnika Śląska
Politechnika Śląska
Wydział Inżynierii Materiałowej
i Metalurgii
LABOLATORIUM Z FIZYKI
TEMAT ĆWICZENIA nr 5 : Pomiar współczynnika lepkości powietrza. Wyznaczanie średniej drogi swobodnej i średnicy cząsteczek gazu oraz liczby Reynoldsa dla przepływu powietrza przez kapilarę.
Grupa: ZIP 22 sekcja:2
Rok akademicki: 2012/2013
Uwagi prowadzącego nr1:
Uwagi prowadzącego nr2:
Uwagi prowadzącego nr 3 :
|
||
Data przyjęcia |
Ocena końcowa
|
Podpis prowadzącego |
1)Przebieg ćwiczenia:
1) Zanotować pomiar kapilary, gęstości cieczy, długości kapilary.
2) Otworzyć zaór i poczekać do momentu ustalenia się stałej prędkości wypływu wody.
3) Zmierzyć czas t po którym wypłynie z butli określona objętość wody.
4) Podczas ustalania wypływu wody wyznaczyć różnice poziomów h cieczy w monometrze.
5)Powtórzyć pomiary opisane w punktach 3 4 i 10 krotnie, każdorazowo wlewając wodę z menzurki ponownie do butli w celu zapewnienia w każdym eksperymęcie stałej prędkości wypływu wody.
6) Za pomocą barometru i termometru zmierzyć ciśnienie atmosferyczne p i temperaturę w pomieszczeniu, w którym dokonuje się pomiaru lepkości.
2) Opracowanie wyników:
1. Obliczenie gęstości powietrza ρ dla wyznaczonych wartości p i T.
a) Do obliczeń wykorzystujemy wzór:
T[K]=T[°C]+273,15
T=(23 ± 1) °C = 23+273,15= (296,15 ± 1) [K]
p=748,9[mmHg]= (99.84 ± 0,01 ) *103[Pa]
gdzie: μ= 29,0 ×10- 3 [kg/mol] - masa molowa powietrza
R = 8,314 [J/(mol×K)] - stała gazowa
b) Niepewność wyznaczenia gęstości powietrza
c) Obliczenie wartości średnich i odchylenie standardowe następujących wielskości
Lp. |
Objętość wody V [cm3] |
Czas t [s] |
(ti-t)2 |
Różnice poziomów h[cm] |
(hi-h)2 |
1 |
250 |
6,1 |
0,3136 |
16,1 |
0,0169 |
2 |
|
7,9 |
1,5376 |
16,4 |
0,0289 |
3 |
|
6,7 |
0,0016 |
16,3 |
0,0049 |
4 |
|
6,1 |
0,3136 |
16,1 |
0,0169 |
5 |
|
6,4 |
0,0676 |
16,2 |
0,0009 |
6 |
|
6,6 |
0,0036 |
16,3 |
0,0049 |
7 |
|
6,5 |
0,0256 |
16,3 |
0,0049 |
8 |
|
6,6 |
0,0036 |
16,1 |
0,0169 |
9 |
|
7,3 |
0,4096 |
16,2 |
0,0009 |
10 |
|
6,4 |
0,0676 |
16,3 |
0,0049 |
Czas t wypływu wody
Różnica poziomów cieczy
d) Obliczenie natężenia wypływu wody z butli
Wykorzystujemy wzór:
Niepewność natężenia wypływu wody:
e) Wyznaczanie średniej prędkości przepływu gazu przez kapilarę.
Obliczamy według wzoru :
Niepewność
f) Obliczenie lepkości powietrza przepływającego przez kapilarę.
Obliczamy za pomocą wzoru :
Niepewność wyznaczania lepkości
g) Obliczenie wartości liczby Reynoldsa.
Obliczamy ze wzoru :
Niepewność liczby Reynoldsa
h) Obliczenie długości średniej drogi swobodnej cząsteczek powietrza:
Obliczamy ze wzoru:
Niepewność wyznaczania średniej drogi swobodnej :
Wyznaczenie średniej liczby zderzeń cząsteczek powietrza w jednostce czasu
Obliczamy ze wzoru:
Niepewność średniej liczby zderzeń
j) 9. Wyznaczenie średnicy cząsteczek powietrza.
Obliczamy ze wzoru:
Niepewność wyznaczania średnicy:
3) Porównanie wyników z danymi tablicowymi
Obliczone przeze mnie wartości |
Wartości tablicowe |
|
Gęstość powietrza:
|
pt=1,293 |
9,98% |
Lepkość powietrza
|
ηt=17,1*10-6 |
95,1% |
Średnia droga swobodna
|
λt=88,7*10-9 |
94,83% |
Średnica cząsteczek:
|
dt=0,307*10-9 |
36,1% |
4) Zestawienie wyników
1. Gęstość powietrza 
2. Natężenie wypływu wody
3. Prędkość przepływu powietrza 
4. Lepkość powietrza 
5. Liczba Reynoldsa 
6. Średnia droga swobodna 
7. Średnia liczba zderzeń cząsteczek powietrza 
8. Średnica cząsteczek powietrza 
5) Wnioski
Z wartości liczby Reynoldsa możemy wywnioskować, że mieliśmy do czynienia z nielaminarnym przepływem powietrza przez kapilarę. Niedokładności otrzymanych wartości wynikają głównie z niedokładności samych pomiarów (temperatura, ciśnienie atmosferyczne, różnica poziomów cieczy manometrycznej, ilość wypływającej wody i czas jej wypływu)
5
Stała gazowa
Masa molowa powietrza
