Oro klampumo koeficiento ir molekulių vidutinio laisvojo lėkio nustatymas ir skaičiavimai

TIKSLAS: išmatuoti oro klampumo koeficientą ir molekulių vidutinį laisvąjį lėkį. PRIEMONĖS: sekundometras, manometras, menzūra ir prietaisas oro klampumo koeficientui matuoti. PAGRINDINĖS FORMULĖS d=6.1*10-2m r=2.25*10-4m ρ=1000kg/m3 R=8.3J/mol*K Δh=0.17m p = 755 mm·Hg = 0,99*105 Pa; T = 294o K; M = 29*10-3 kg/mol BANDYMO EIGA 1. Paruošiame matavimų įrenginį tyrimams: į indą 4 įpilame vandens, atsukę čiaupą palaukiame, kol nusistovės manometro parodymai. Tuo metu vanduo teka į atsarginį indą. 2. Nusistovėjus slėgių skirtumui vamzdelio galuose, po ištekančio vandens čiaupu pastatome menzūrą skysčio tūriui V matuoti. Po 3-5 minučių čiaupą užsukame ir užrašome tūrio V, laiko t ir manometro stulpelių aukščių skirtumo Δh didumus. 3. Pagal (1) formulę apskaičiuojame klampumo koeficiento η didumą. 4. Pakartojame 2-3 užduoti ne mažiau trijų kartų ir įvertiname klampumo koeficiento vidutinį didumą. 5. Termometru ir barometru išmatuojame aplinkos temperatūrą T ir slėgį p. 6. Pagal (2) formulę apskaičiuojame molekulių vidutinį laisvąjį lėkį . 1lentelė: Oro klampumo koeficiento ir vidutinio laisvojo lėkio skaičiavimo duomenys Nr. t, s m,kg V,10-6 m3 A η,kg/ms kg/ms λ,m 1 29,4 0,1016 101,6 2,7 *10-11 0.781 *10-5 0.7805 0.427 *10-7 2 29,2 0,101 101 0.780 *10-5 0.426 *10-7 IŠVADOS: išmatavome oro klampumo koeficientą η kuris priklauso nuo manometro skysčio aukščių skirtumo ir išmatavome vidutinį laisvąjį lėkį =0,7*10-13, jis priklauso nuo temperatūros T, atmosferos slėgio p ir klampumo koeficiento η. KONTROLINIAI KLAUSIMAI 1. Apibūdinkite klampos reiškinius skysčiuose ir dujose. Dėl molekulių sąveikos visi realūs skysčiai pasižymi klampa. Skirtingai nuo išorinės trinties, veikiančios toje vietoje, kur liečiasi du skirtingi kūnai, vidinė trintis susidaro tarp tos pačios medžiagos sluoksnių, judančių skirtigais greičiais. Taip judančius skysčio sluoksnius galime gauti vilkdami plokštelę jo paviršiumi lygiagrečiai indo dugnui. Ribinis, prilipęs prie plokštelės, skysčio sluoksnis juda plokštelės greičiu. Slysdamas žemiau esančiu sluoksniu, dėl molekulinės sąveikos jis veikia pastarąjį liestinės kryptimi varos jėga ir jį velka. Apatinis sluoksnis juda lėčiau, todėl jis greitesnį sluoksnį veikia pasipriešinimo jėga. Kuo toliau skysčio sluoksnis nuo judančios plokštelės, tuo mažesniu greičiu jis velkamas. Kūnai laisvai krinta tik beorėje erdvėje, tuo tarpu oras, kaip ir visos dujos, priešinasi kūnų judėjimui. Šio gamtos reiškinio priežastis yra ta, kad dujų, panašiai kaip ir skysčių, gretimi sluoksniai, tekėdami sirtingais greičiais, vienas kitą veikia vidinės trinties, arba klampos , jėga F. Ši lygiagrečiai sluoksniams veikianti jėga greitesnįjį sluoksnį stabdo, lėtesnįjį greitina. Judant kūnui netekančių dujų atžvilgiu, taip pat pasireiškia dujų klampa. Kūno paviršius padengtas labai plonu dujų sluokniu, kuris juda kartu su kūnu ir kurio molekulės turi su kūno judėjimo greičiu susijusį judesio kiekį. Chaotiškai judant molekulėms, tarp šio sluoksnio ir aplinkos vyksta molekulių kaita ir judesio kiekis pernešamas lygiai taip pat kaip ir tarp skirtingais greičiais tekančių dujų skuoksnių. Dėl judesio kiekio pernešimo didžiausiu greičiu judantis dujų sluoksnis, o kartu ir kūnas, prie kurio jis prilipęs, yra stabdomas. 2. Dinaminio klampumo koeficiento ir greičių gradiento apibrėžimai ir fizikinės prasmės. Nykstamai mažu atstumu dz nutolusių lygegrečių sluoksnių greičių skirtumas lygus dv. Dydis nusako sluoksnių slenkamojo judėjimo greičio kitimo spartą išilgai Oz ašies ir lygus sluoksnių slinkimo greičio gradiento moduliui. I. Niutonas nustatė, kad vidinės trinties jėgos F modulis tiesiogiai proporcingas šio greičių gradiento modulio ir sluoksnių lietimosi ploto S sandaugai: (8.8) čia - vadinamasis dinaminės klampos koeficientas. (8.8) formulėje matyti: jeigu ir , tai . Vadinasi, dinaminės klampos koeficientas skaitine verte lygus vidinės trinties jėgai, veikiančiai tarp skysčio sluoksnių, kurių lietimosi plotas lygus vienam kvadratiniam metrui, kai greičio gradientas lygus sekundei minus pirmuoju laipsniu. SI dinaminės klampos vienetas yra paskalsekundė . Tekant dujų sluoksniams skirtingais greičiais ašiai Ox statmena kryptimi, ploto dS sluoksnį veikianti klampos jėga, kaip ir skysčių, išreiškiama ta pačia formule (8.8) .Šioje formulėje - yra dujų dinaminės klampos koeficientas, o -dujų sluoksnių tekėjimo greičio gradiento modulis. Remiantis molekuline kinetine teorija, nesunkiai galime apskaičiuoti dydį (-judesio kiekio srautas). Šitaip buvo nustatyta, kad minėtosios klampos jėgos moduolis išreiškiamas taip: (15.6) 3. Skysčių ir dujų tekėjimo kapiliarais Puazelio dėsnis. Puazeilis apskaičiavo, kad, esant kapiliarinio vamzdelio, kurio spindulys r ir ilgis d, galuose slėgių skirtumui, per laiką t ištekėjusio skysčio, kurio klampumo koeficientas , tūris V yra: (2) Vandens manometru išmatuojame vamzdžio galuose slėgių skirtumą: (3) čia - manometro skysčio stulpelių aukščių skirtumas, - manometro skysčio tankis, g –laisvojo kritimo pagreitis. 4. Dujų ir skysčių klampumo koeficiento priklausomybė nuo temperatūros. Klampa priklauso nuo skysčio prigimties ir temperatūros. Keliant temperatūrą, klampa eksponentiškai mažėja. Skysčio klampos prigimtį ir jos priklausomybę nuo temperatūros aiškina skysčio molekulinė kinetinė teorija. Sugretinę (15.6) formulę su dujų klampos dėsniu (8.8), matome kad dinaminės klampos koeficientas (15.7) Vadinasi, dujų klampos koeficientas, kaip ir molekulių chaotiškojo judėjimo vidutinis greitis, tiesiogiai proporcingi absoliutinės temperatūros kvadratiniai šakniai. Kadangi dujų tankis yra tiesiogiai proporcingas slėgiui, o molekulių laisvojo kelio vidutinis ilgis atvirkščiai jam proporcingas, tai sandauga , taip pat , nepriklauso nuo slėgio. Ši išvada teisinga tik tol, kol molekulių laisvojo kelio vidutinis ilgis yra mažiasnis už indo, kuriuo teka dujos, tiesinius matmenis. Dėl to pakankamai išretintose dujose sandauga , o kartu , mažėja tuomet kada mažėja slėgis. Naudota literatūra : N.Astrauskienė, R. Bendorius, A. Bogdanovičius, S.A. Karpinskas, B. Martinėnas, N.Mykolaitienė, A.J. Šatas, A.Urbelis MECHANIKA , TERMODINAMIKA , NUOLATINĖ ELEKTROS SROVĖ. Fizikos laboratoriniai darbai . Psl . 58-60 Vilnius “Technika” 1996

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!