Измерения и обработка результатов

1. Ознакомиться с устройством гигрометра ВИТ-1.

2. По показаниям сухого и влажного термометров измерить относительную влажность в лаборатории (психрометрическая таблица нанесена на корпус прибора).

3. Ознакомиться с устройством аспирационного психрометра Асмана и привести его в рабочее состояние.

4. Измерить с его помощью относительную влажность в лаборатории (таб. 2), повторить измерения не менее 3 раз.

5. По формуле Шпрунга рассчитать абсолютную влажность .

6. Определить точку росы (таб. 3).

7. Занести данные измерений в таблицу.

8. Предьявить результаты на подпись преподавателю.

Приложения.

Приложение 1.

Таблица погрешности при измерении влажности аспирационным гигрометром Асмана.

(Погрешность в определении относительной влажности (расчетная при точности отсчета термометров в 0,1°С) не должна превышать величин указанных в таблице).

Таблица 1.

Температура воздуха, °С	Относительная влажность, %

Погрешность в определении относительной влажности (% к измеренной величине)
	±1,5	±2	±5	±9
	±2	±3	±7	±14
	±3	±4	±11	±20
	±4	±6	±17	±35
-5	±5	±9	±25	±50
-10	±7	±12	±35	±70

Пределы шкалы термометров, .

Цена деления термометров °С 0,2.

Диапазон изменения относительной влажности, °С 10.

Температура окружающей среды, °С -10 +40.

Скорость воздушного потока у резервуаров термометров, создаваемая вентилятором аспирационного психрометра, м/с:

вентилятора 2.

Психрометр аспирационный можно использовать для определения влажности и температуры воздуха в помещении влажности и на открытом воздухе.

Приложение 2.

Таблица 2.

Пример использования:

температура сухого термометра ,

температура смоченного термометра .

На графике находим точку пересечения вертикальной и наклонной линий, соответствующих данным температурам, она находится выше , но ниже .

Следовательно, относительная влажность будет .

Приложение 3.

Таблица зависимости давления насыщенного водяного пара от температуры.

Таблица 3.

Лабораторная работа № 25

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ДИНАМИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ

ВОЗДУХА, ДЛИНЫ СВОБОДНОГО ПРОБЕГА МОЛЕКУЛ ВОЗДУХА,

ЭФФЕКТИВНОГО ДИАМЕТРА МОЛЕКУЛ ВОЗДУХА

ОБОРУДОВАНИЕ: манометр жидкостный открытый, стеклянный сосуд со сливом внизу, капилляр, секундомер, мензурка для слива воды.

КРАТКИЕ ТЕОРИТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

При движении слоев жидкости или газа с различными скоростями между ними действуют силы внутреннего трения или силы вязкости. Численное значение силы вязкости можно определить по формуле Ньютона:

(1)

- коэффициент внутреннего трения или коэффициент динамической вязкости,

S - площадь слоев.

- градиент скорости.

Коэффициент динамической вязкости может быть выражен формулой:

(2)

т.е. он численно равен силе внутреннего трения, возникающей между двумя слоями жидкости и газа, имеющими площадь соприкосновения, равную единице, при градиенте скорости, равном единице.

В системе СГС коэффициент динамической вязкости измеряется в Пуазах, в системе СИ - Н*сек/м².

С точки зрения молекулярно-кинетической теории коэффициент динамической вязкости численно равен количеству упорядоченного движения, переносимого за единицу времени через единицу площади соприкасающихся слоев при градиенте скорости, равном единице.

Наряду с коэффициентом динамической вязкости часто употребляют коэффициент кинематической вязкости, определяемый следующим образом:

(3)

где р - плотность жидкости или газа.

Для определения коэффициента динамической вязкости воспользуемся формулой Гагена-Пуазейля

Справедливой для случая установившегося ламинарного течения вязкой, несжимаемой жидкости по капилляру длинной l и радиусом r.

разность давлений на концах капилляра.

V^'— объем жидкости. прошедшей через поперечное сечение капилляра в единицу времени.

- коэффициент динамической вязкости.

Если разность давлений будет достаточно мала для того, чтобы можно было пренебрегать сжимаемостью газа, то формула (4) может быть применена к ламинарному течению воздуха через капилляр. Установить характер течения воздуха позволяет число Рейнольдса R

, 5

где - средняя скорость течения воздуха через капилляр

S=r² поперечное сечение капилляра 7

r - радиус капилляра,

- плотность воздуха.

V - объём воздуха прошедшего через поперечное сечение капилляра.

Для ламинарного течения требуется выполнение условия R < 1000.

Объем воздуха V, протекающего через сечение капилляра за время t будет равен

Тогда для коэффициента динамической вязкости легко получить

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВОБОДНОГО ПРОБЕГА МОЛЕКУЛ

Для определения длины свободного побега молекул воспользуемся известным в молекулярной физике соотношением:

Где u - cредняя тепловая скорость молекул газа:

– средняя длина свободного побега молекул

– молярная масса в-ва.

- плотность воздуха

Плотность воздуха нетрудно выразить из уравнения Клайперона – Менделеева :

P-давление идеального газа

R-универсальная газовая постоянная

R= 8,31 дж/моль к

T абсолютная температура

Объединив (10), (11), (12). получаем:

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОГО ДИАМЕТРА МОЛЕКУЛ ВОЗДУХА

Средняя длинна свободного пробега может быть определена из выражения:

где - эффективный диаметр молекул, n- концентрация молекул газа.

Концентрацию молекул воздуха при данной температуре можно выразить из хорошо известной формулы

Где k – постоянная Больцмана

Выразив после подстановки (15) в (14) получим:

Описание экспериментальной установки

рис.1

Лабораторная установка состоит из капилляра, водного манометра, сосуда с водой , вентиля, соединённых гибкими трубками (рис.1), и секундомера.

Манометр позволяет измерить разность давлений воздуха (p₂-p₁) на концах капилляра в мм водного столба. Зная плотность воды разность давлений легко перевести в систему СИ:

(p₂-p₁)=qh 17

- плотность воды = 1000кг/м³

q-ускорение свободного падения

h-разность уровней воды в коленах манометра

Вентиль позволяет регулировать скорость вытекания жидкости из сосуда и разность уровней жидкости в манометре.

Сосуд (или пробирка для сбора воды) снабжён делениями позволяющими определить объём воздуха прошедшего через капилляр (равен объёму вытекшей воды).

ХОД РАБОТЫ

1. Измерить давление воздуха в лаборатории с помощью барометра.

2. Измерить температуру в лаборатории с помощью термометра.

3. При закрытом вентиле наполнить сосуд водой до верхней отметки шкалы.

4. Осторожно регулируя вентилем скорость течения жидкости установить разность h уровней манометра 4-5 мм (занести h таблицу).

5. Измерить секундомером время вытекания 100 мл воды (объём задаётся преподавателем).

6. Повторить эксперимент с пункта 3 не менее трёх раз.

7. Занести данные измерений в таблицу и предъявить преподавателю на проверку.

ЗАДАНИЯ

1. Используя известные параметры лабораторной установки и результаты измерений рассчитать по формуле (9) коэффициент динамической вязкости воздуха .

2.Убедиться, что течение воздуха по капилляру носит ламинарный характер (рассчитать число Рейнольдса R по формуле 5, R < 1000).

3. Рассчитать по формуле (13) – среднюю длину свободного побега молекул воздуха.

4 Рассчитать по формуле (16) - эффективный диаметр молекул воздуха.

5 Рассчитать по методике прямых измерений погрешность измерений ( методика расчёта погрешности может быть изменена преподавателем).

молярная масса воздуха =29 г/моль.

длинна капилляра l =17,2 мм.

радиус капилляра r=1,0 мм.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Явления переноса (диффузия, вязкость, теплопроводность)

2. Уравнения Фурье, Фика, Ньютона. Физический смысл коэффициентов переноса.

ЛИТЕРАТУРА

И..К. Кикоин, АХ. Кикоин Молекулярная физика»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №