Рефераты. Измерение динамической вязкости жидкостей и газов

Формулы для расчета и расчет погрешности измерения вязкости жидкости1:

Вывод: ……………………………………………………………………………………………..

Дополнительное задание:

Используя полученные значения вязкости, рассчитайте, а затем проверьте экспериментально скорость установившегося движения контрольного тела, выданного вам преподавателем.

Размеры, форма и масса тела:

Материал - Форма -

Диаметр - Масса -

Формула и расчёт скорости движения шарика:

Экспериментальные данные о движении шарика:

Длина пути

Время движения

Скорость движения

Вывод по итогам выполнения задания:

Цель работы

Углубить теоретические представления о механизмах возникновения, о величине внутреннего трения в газах, о её связи с микрокинетическими параметрами газа. Освоить методы измерения вязкости газов.

1. Теоретическая часть

Вязкость газов, в отличие от жидкостей, увеличивается при повышении температуры. Различный характер зави-симости вязкости газов и жидкостей от температуры указывает на различный механизм их возникновения, хотя формула Ньютона - -одинаково справедлива и для обоих этих состояний.

Рассмотрим, как возникает внутреннее трение в газах. В отличие от жидкостей здесь силы внутреннего трения возникают в результате микрофизического процесса передачи импульса от одного слоя газа к другому. Переносчиками импульса выступают молекулы газа.

Выделим в движущемся потоке газа вдоль вектора скорости два параллельных соприка-сающихся слоя. Пусть скорости v их движения по величине и направлению тако-вы, как показано на рисунке. В тепловом движении импульсы р молекул и их проекции рx в рассмат-риваемых слоях неодинаковы. Молекулы, находящиеся в более медленном, «нижнем» слое, имеют меньшую составляющую импульса рx и, по-пав в «верхний» слой, затормаживают его. Дрх - изменение импульса - направлено навстречу движению этого слоя. «Верхние» же молекулы, наоборот, перено-сят вниз импульс больший, чем имеют молекулы «нижнего» слоя, и поэтому ускоряет нижний слой.

По второму закону Ньютона Дрхt=F - сила сопротивления движению. Она зависит от массы молекул, их концентрации (частота переноса импульсов) и температуры (скорость молекул). Таким образом, вязкость газов тем больше, чем больше их молекулярная масса. Она увеличивается также с повышением давления, поскольку при этом растёт концентрация газа. Отсюда также становится понятным, что чем выше температура газа, тем больше скорость теплового движения и интенсивней обмен молекулами ме-жду его слоями, а, следовательно, тем больше коэффициент вязкости этого газа.

2. Определение вязкости воздуха по методу Пуазейля

2.1. Теория метода

При ламинарном движении жидкостей и газов по гладким цилиндрическим трубам расход Q (объем жидкости или газа, протекающих через поперечное сечение трубы за время t), зависит от ее вязкости, диаметра трубы, ее длины и разности давления на ее концах. Соответствующее соотношение было выведено Пуазейлем и носит его имя.

Q=pr4t/8l , (1)

В нее входят перепад давления p на концах трубы, её радиус r , длительность течения t, коэффициент вязкости , длина трубы l.

На основании этого соотношения разработан и широко применяется метод измерения вязкости жидкостей и газов - метод Пуазейля. При турбулентном течении жидкости в трубах любого сечения скорость потока, как и расход жидкости, пропорциональны не первой степени, а корню квадратному из перепада давления.

Для газов метод предполагает измерение расхода газа при его ламинарном протекании по гладкому, тонкому, капиллярному каналу с известными размерами и при контролируемой разности давлений. В данной работе по методу Пуазейля определяется вязкость неосушенного и неочищенного воздуха. Хотя известно, что эти параметры оказывают большое влияние на величину вязкости газов. В установках для точных измерений воздух перед поступлением в капилляр осушают различными, чаще всего химическими осушителями. Важно также помнить, что вязкость газов в большой степени зависит от их температуры, что также предусмотрено в лабораторных приборах.

2.2. Экспериментальная установка

Экспериментальная установка для определения воздуха (рис. 2) состоит из сосуда - 1 со сливным шлангом - 2, капилляра -3, мерительного стакана -4 и жидкостного манометра - 5. Перед опытом сосуд заполняется водой. При опущенном шланге 2 вода из сосуда вытекает и давление становится ниже атмосферного. Так создается перепад давлений воздуха на концах А и В капилляра 3. Он измеряется манометром 5. Этот перепад давлений создает поток воздуха через капилляр, при этом объем вытекшей воды равен объему воздуха, прошедшего через капилляр.

Расчетная формула для определения коэффици-ента вязкости по методу Пуазейля имеет вид:

=pr4t/8lQ , (2)

где - r радиус капилляра, l - его длина, Q- объем прошедшего через капилляр воздуха (равен объему вы-текшей из сосуда жидкости), р - перепад давле-ний на концах капилляра (показание манометра), t - время протекания воздуха через капилляр.

Ход выполнения работы

1. Закрепите сливной шланг в верхнем по-ложении. Заполните сосуд 7 водой и плотно закрепите пробку с капилляром в его горловине.

2. Опустите сливной шланг вниз, подставив под него мерный сосуд. Измерьте секундомером время t, в течение которого из сосуда вытечет объем Q=200 см3 воды.

3. Измерьте в это же времени перепад давлений р по манометру.

Примечание: При постепенном понижении уровня воды в сосуде скорость истечения уменьшается. Это приводит к изменению перепада давлений воздуха на концах капил-ляра. Поэтому необходимо брать среднее за время опыта значение р.

4. По формуле (2) вычислите вязкость воздуха.

5. Опыт повторите не менее пяти раз. Результаты занесите в таблицу 2 отчета.

6. Оцените относительную погрешность измерения вязкости воздуха. Погрешности измерений диаметра и длины капилляра возьмите из «паспорта» прибора.

9. В выводе сравните полученное значение вязкости воздуха с табличным значением (= 1,810-5 Пас при 18оС)

Дополнительное задание

1. Вычислите плотность воздуха по формуле с=pM/RT, где М = 0,029 кг/моль - молярная масса воздуха, R - универсальная газовая постоянная, давление р и температуру Т измерьте по приборам в лаборатории.

2. Вычислите среднюю арифметическую скорость нср молекул воздуха при данных условиях.

3. Вычислите среднюю длину свободного пробега молекул воздуха при нормаль-ных условиях, исходя из формулы связи ее с коэффициентом вязкости .

4. Исходя из формулы р = nkT , вычислите концентрацию п молекул воздуха в лаборатории (k - постоянная Больцмана - равна 1.38•10-23 Дж/К).

5. Вычислить среднее число столкновений молекул, испытываемых одной молекулой за одну секунду .

6. Выполните ряд заданий (см. бланк отчета) практического характера с использование полученных экспериментальных результатов.

Отчет по лабораторной работе №2

«Вязкость газов»

выполненной ……………………………………………………………..

Определение вязкости воздуха по методу Пуазейля

Диаметр капилляра d =…… ± …… мм; Длина капилляра I =…... ± ...... мм

№ п/п

Объем

прошедшего

через капилляр

воздуха Q,

см3 (или мл)

Перепад

давлений, h,

см вод. ст.

Перепад

давлений р,

Па

Время

протекания воздуха через капилляр t,

с

Вязкость воздуха

10-5 , Пас

1

2

3

4

5

Среднее значение вязкости воздуха

Страницы: 1, 2, 3



2012 © Все права защищены
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.