Materiały i metody:

Do wykonania tego doświadczenia użyto specjalnej aparatury, którą przedstawia schemat umieszczony z prawej strony. Składała się ona z następujących części: zbiornika powietrza, kapilary, przez którą wypływa powietrze, manometru wodnego, pompki pompującej powietrze do zbiornika oraz stopera mierzącego czas opadania cieczy. W pierwszej części zadania w celu wyznaczenia współczynnika lepkości powietrza mierzono czas opadania cieczy manometrycznej w uprzednio wyznaczonym odcinku. Pomiar powtórzono 10-krotnie. W drugiej części doświadczenia w celu wyznaczenia współczynnika adiabaty zwiększono ciśnienie na wysokość ok. 20cm. Odczytano wysokość h₁. Następnie wyciągnięto zawór Z_1, do momentu, aż poziomy cieczy wyrównały się. Kolejną czynnością było poczekanie, aż poziomy cieczy w manometrze przestaną się przesuwać i odczytanie wysokości h_2. Pomiar powtórzono 10-krotnie. W całym ćwiczeniu do mierzenia wysokości słupa cieczy w manometrze użyto linijki o dokładności 1mm.

Rezultaty:

Wyniki pomiarów:

Pierwsza część ćwiczenia:

Wartość ciśnienia atmosferycznego: 0,745mHg

h₁ = 0,245m

h₂ = 0,035m

Δh = h₁- h₂ = 0,245m - 0,035m = 0,21m

Uwaga: W karcie pomiarów przez nieuwagę osoby wykonującej ćwiczenie została wpisana wartość Δh=0,1m, jednak poprawna jest wartość 0,21m.

l.p	czas opadania [s]	Δh [m]
1	46,15	0,21
2	49,38	0,21
3	51,41	0,21
4	46,84	0,21
5	50,56	0,21
6	46,5	0,21
7	47,1	0,21
8	51,56	0,21
9	50,68	0,21

Tab. 1 Czas opadania cieczy manometru przy stałej Δh

Uwaga: Odrzucono wynik jednego pomiaru,

gdyż zbyt odbiegał od pozostałych.

Druga część ćwiczenia:

l.p.	h1 [m]	h2 [m]
1	0,2	0,017
2	0,18	0,027
3	0,21	0,02
4	0,195	0,021
5	0,22	0,024
6	0,185	0,023
7	0,19	0,019
8	0,18	0,023
9	0,22	0,021
10	0,23	0,021

Tab. 2 Wysokości h1 oraz h2 słupa cieczy w manometrze

Wnioski:

Zestawienie wyników:

P₀=100 947,5 Pa

P₁= 2474,5 Pa

P₂= 353,5 Pa

η= 3,13044 * 10^^-6 Pa*s

Δη= 1,30258 * 10^^-7 Pa*s

κśr= 1,122

Δκ= 0,008129

Zgodnie z tablicami chemicznymi lepkość powietrza w temperaturze pokojowej, tj. T=21,6°C powinna wynosić 18,4·10^-6[Pa·s]^[1]. Porównując tą wartość z wynikami pomiarów widać pomiędzy nimi dużą różnicę. Zakładając, że wszystkie obliczenia zostały wykonane prawidłowo, a także biorąc pod uwagę wyliczony błąd standardowy, należałoby stwierdzić, że przyczyną rozbieżności jest również błąd systematyczny. Wynika on z niedokładności aparatury pomiarowej. Nieszczelność zaworów Z₁ i Z₂ także wpłynęła na takowy wynik, nawet niedokładność przyrządów pomiarowych, np. linijki. Należy wziąć również pod uwagę zawodność ludzkich zmysłów i szybkość reakcji ludzkich na bodźce zewnętrzne. Mierzona wysokość h₁ oraz h₂ mogła zostać źle odczytana w wyniku pośpiechu, niedokładności linijki, a czas t został źle zmierzony w wyniku zbyt wczesnego lub zbyt późnego uruchomienia oraz zatrzymania stopera.

Zgodnie z wartościami stałymi współczynnik adiabaty κ dla suchego powietrza w temperaturze T=20°C wynosi 1,400^[2]. Tym razem rozbieżność między wynikiem pomiaru a wartością tablicową nie jest tak duża jak w przypadku współczynnika lepkości powietrza. Jednak różnica ta także może wynikać z tych samych powodów, co w przypadku pierwszym. To znaczy zakładając, że obliczenia zostały wykonane prawidłowo, należy w tym momencie zwrócić uwagę na aparaturę pomiarową, która od wielu lat służy do wykonywania tego ćwiczenia. Można więc założyć, że zawory są nieszczelne. Oczywiście nie należy zapominać o zawodności ludzkich zmysłów. Pomiary mogły zostać odczytane zbyt późno lub zbyt wcześnie.

Literatura:

[1] Szymczak T., Rabiej S., Pielesz A., Desselberger J., „Tablice matematyczne, fizyczne, chemiczne, astronomiczne”, Świat Książki Warszawa 2003, str. 197

[2] Szymczak T., Rabiej S., Pielesz A., Desselberger J., „Tablice matematyczne, fizyczne, chemiczne, astronomiczne”, Świat Książki Warszawa 2003, str. 208

---