Лабораторная работа 3.1 (1247464)
Текст из файла
Молекулярный практикум. 2009 год.Определение вязкости газа и жидкостиОтчёт по лабораторной работе № 3.1.Москалёв Александр СергеевичФизический факультет. Группа 831.2.……Цель всей работы.Определить силы внутреннего трения в жидкости и газе, установить зависимость их от температуры.Ознакомиться с классическими методами определения коэффициента вязкости по Стоксу и при помощи капиллярного вискозиметра.1. Задание1. Определить коэффициент вязкости глицерина методом Стокса2. Определить вязкость воздуха капиллярным вискозиметром2. Идея метода измерения.1. Тело, отпущенное в вязкой среде, начинает ускоряться под действием земного притяжениядо определенной скорости, при которой сила сопротивления уравнивается с силой тяжести.
Эту скорость можно измерить и, зная параметры тела, определить вязкость вещества.2. При пропускании газа через трубку с известным радиусом и длиной мы можем установитьего вязкость, зная какая разность давлений на концах трубки необходима для пропускания определенного количества газа в единицу времени. Для измерений обычно применяют капилляры – трубкималого сечения, что позволяет при достаточной разности давлений получить разумный для экспериментатора расход газа.3. Методика измерений.1. Метод Стокса.
В вертикально стоящий сосуд сизмеряемой жидкостью бросают тело простой формы (вданном случае шарообразной) с известными параметрами:диаметром и весом. Под действием силы тяжести ононачинает ускоряться. С ростом скорости растет и сила сопротивления, что приводит к установлению постояннойскорости движения тела. Эту скорость можно измерить и,таким образом, определить вязкость исследуемой жидкости. На рисунке 1 приведена схема установки.Предварительно проведя расчет времени установления постоянной скорости (релаксации) согласно формуле5≪ ~ 2 с (1)5 =6для соблюдения этого условия достаточно было измерятьвремя прохождения шариком последних 40 см.Рис. 1.
Схема установки измерения вязкости методом Стокса: 1 – стеклянная труба, заполненнаяглицерином, 2 - резервуар с водой, 3 - термостат,4 - термопара4. Результаты.1. Результаты измерений вязкости жидкостиБыло проведено два больших захода (по числу уроков, потребовавшихся на выполнение). В первомиспользовались стальные шарики, во втором – свинцовая дробь.2,292,272,252,222,272,212,282,302,22Таблица 1. Размеры стальных шариков (радиус в мм.)2,262,282,252,232,282,232,282,212,32,12,302,282,312,242,212,29Среднее значение: 2,26 мм. Среднеквадратичное отклонение: 0,05 мм.При нагревании глицерина от 25 до 50 градусов было выбрано пять точек для измерения.
В таблице 2приведены полученные данные.Кафедра общей физики. Физический факультет НГУ.1Молекулярный практикум. 2009 год.T глиц. (°C)Таблица 2. Данные, полученные при первом заходеt1 , с2225303540t2 , с2,782,371,51,41,37Далее по формулеt3 , с2,752,281,591,31,1922 = ш9t4 , с2,722,181,51,31,3р �1+2,1т −жш0t5 , с2,692,351,531,381,18��1+1,33 ш �η, Па ∙ с0,77 ± 0,040,64 ± 0,070,43 ± 0,040,37 ± 0,050,35 ± 0,062,722,191,541,311,28(2)ℎбыла вычислена вязкость глицерина при разных температурах. Она приведена в последнем столбцетаблицы.
В таблице 3 приведены данные второго захода, выполненного в другой день и с использованием свинцовой дроби., мм1,641,611,611,651,821,851,71,671,631,71,631,701,681,87, с3,125,55,595,45,755,556,0962,933,135,786,075,943,06, мм1,421,441,371,521,521,571,421,461,371,251,5Таблица 3. Данные, полученные при втором заходе37 °C45 °C54 °C, с, мм, с, мм, с, мм4,371,413,721,482,131,353,251,353,091,522,311,345,661,423,221,372,681,324,751,254,281,352,311,254,661,473,351,342,591,324,941,373,51,332,471,255,431,43,591,412,651,254,91,43,031,392,541,334,51,53,751,462,381,35,091,542,221,395,871,492,281,421,542,11,421,362,471,381,704,991,444,850,091,280,090,7125 °C29 °C0,67 ± 0,080,51 ± 0,051,0Средние значения1,393,521,432,39Среднеквадратичное отклонение среднего0,070,370,080,19η, Па ∙ с0,35 ± 0,040,25 ± 0,0457 °C, с2,061,941,872,062,061,972,061,721,91,721,781,931,97, мм1,351,41,331,311,41,371,361,281,291,25, с1,841,781,851,751,911,91,722,031,841,941,341,971,331,850,060,120,050,090,18 ± 0,030,17 ± 0,030,90,8Вязкость, Па*с0,70,60,50,40,30,20,1202530354045505560Температура, °CРис.
2. График зависимости вязкости глицерина от температурыКафедра общей физики. Физический факультет НГУ.2Молекулярный практикум. 2009 год.5. Погрешности измерений. 1. Измерение вязкости жидкости. Основной погрешностью данногометода стала неоднородность нагрева глицерина: у стенок столба температура была выше, чем в центре. Разница могла достигать 7 °C. Трудность набора множества относительно одинаковых по размеру шариков приводит к увеличению разброса по радиусам. Отсутствие системы автоматическогоконтроля прохождения шариком отметок наблюдаемого отрезка приводит к увеличению влияния человеческого фактора, поскольку приходится вручную измерять время. Проведенные расчеты показали, что Re ~ 2 – 8 в зависимости от радиусов шариков и температуры глицерина, что меньше 100;6.
Выводы. Мной твёрдо установлено, что вязкость глицерина экспоненциально убывает с ростом его температуры. Вязкость, полученная в результате эксперимента меньше, чем табличныеданные на ~ 30 %. [1] Это может быть связано как с систематическими ошибками, так и с концентрацией глицерина в измеряемой жидкости. Основные погрешности связаны с измерением температурыстолба глицерина, поскольку наблюдался неравномерный прогрев его протекающей водой.3.
Методика измерений. 2. Определение вязкости воздухакапиллярным вискозиметром. Поскольку установление постоянной скорости при бросании тела в воздухе сопровождается большими скоростями, то ламинарное обтеканиеопытного объекта весьма затруднительно. Поэтому методСтокса для определения вязкости воздуха не совсем удобен.Зато можно создать ламинарное течение воздуха через трубку и, зная параметры этого потока, рассчитать вязкость. Ламинарность течения позволит использовать принципы симметрии и обеспечит простое определение аналитическойзависимости расхода газа от его вязкости.
Результат решения этой задачи аналитически даёт зависимость вязкости отизвестных параметров как =ℎ048,(3)где - плотность жидкости в манометре, ℎ - перепад высотыв манометре, – время истекания, 0 - радиус капилляра, – расход жидкости, – длина капилляра.Рис. 3. Схема установки измерения вязкости капиллярным вискозиметром: 1, 2, 3 - краны, Г газометр, К - капилляр, М - манометр4. Результаты.2. Результаты измерений вязкости воздухаПропущено (ml)700400200300400500300300500500500500500---Таблица 4. Данные по измерению вязкости воздухаВремя (с)Перепад давлений (см)891173866462617731006,8785775,7749151495710961824Среднее значение--Среднеквадратичное отклонение---Вязкость (Па ∙ с ∙ 10−6 )12,412,911,711,011,812,011,512,911,810,611,811,612,911,90,75.
Погрешности измерений. 2. Измерение вязкости воздуха. Источником погрешностей выступалитакие элементы конструкции, как водяной манометр. Из-за краевых эффектов уровень воды определялся с точностью до 2 мм. на каждом столбце, что приводило к погрешностям до 4 мм. ФиксированКафедра общей физики. Физический факультет НГУ.3Молекулярный практикум. 2009 год.ность объёма воды вводила ограничения на максимально возможный объём воздуха, доступный дляперегонки через капилляр так, чтобы разность давлений была постоянна.6. Выводы. Было установлено, что вязкость воздуха при 22 °C составила 11,9 ± 1,3 Па ∙ с ∙ 10−6 .
Это на30 % меньше табличного значения в 17,2 мкПа·с при 18 °C. [2]. Длина свободного пробега молекулы,посчитанная с учётом полученной вязкости, составила величину ~ 6,3 м ∙ 10−8 .7. Литература в отчёте1. ru.wikipedia.org/wiki/Глицерин2.
ru.wikipedia.org/wiki/ВоздухКафедра общей физики. Физический факультет НГУ.4.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
