IV. Обработка результатов измерений
6. По формуле (1.11) вычислить gi для каждого измерения.
7. Рассчитать среднее арифметическое значение <g>=Sgi/N, где N – количество измерений.
8. Вычислить абсолютные погрешности каждого измерения по формуле Dgi =<g> - gi
9. Определить среднюю арифметическую случайную погрешность <Dg>=S½Dgi ½/N.
10. Занести в таблицу конечный результат.
V. Вывод:
Показатель адиабаты для воздуха γ=<g>±Δg = …±…
Контрольные вопросы
1. Что называют термодинамической системой? Какие виды т-д систем различают?
2. Что называется внутренней энергией системы? Сформулируйте первое начало т-д.
3. Приведенная теплота и энтропия в обратимом и необратимом процессе. Второе начало термодинамики.
4. Термодинамическое и статистическое (вероятностное) толкование энтропии.
5. Принцип Пригожина.
6. Что называется теплоемкостью т-д системы? Теплоемкость при постоянном объеме и при постоянном давлении.
7. Уравнение Майера и физический смысл универсальной газовой постоянной.
8. Опишите установку, объясните происходящие при выполнении работы процессы и диаграмму Р-V состояния воздуха при этих процессах.
9. Что такое удельный объем газа?
10. Какой процесс называется адиабатическим? Почему его еще называют изоэнтропийным процессом?
11. Напишите уравнение Пуассона. Почему коэффициент Пуассона g >1?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 (1-15)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ ПО МЕТОДУ СТОКСА
Цель работы: определение коэффициента динамической вязкости жидкости, а также числа Рейнольдса при движении в жидкости.
I. Описание установки. Приборы и принадлежности.
Жидкость налита в стеклянный цилиндрический сосуд, позволяющий наблюдать падение стального шарика в жидкости (см. рис.1.3). Для измерения скорости падения шарика потребуются: 1) секундомер; 2) измерительная шкала; 3) микрометр - для измерения диаметра шарика.
Рис. 2.1. Схема установки и силы, действующие на падающий шарик.
Прибор для определения коэффициента вязкости жидкости методом падающего шарика представляет собой высокий стеклянный цилиндр, наполненный исследуемой жидкостью. На наружной поверхности цилиндра нанесены метки А и В на расстоянии l друг от друга (рис. 2.1), относительно которых фиксируется движение падающего шарика. Верхняя метка располагается ниже уровня жидкости настолько, чтобы скорость шарика к моменту прохождения этой метки успевала установиться.
В качестве исследуемой жидкости выбран глицерин. Плотность глицерина 1,2×103 кг/м3. В работе рассматривается падение в глицерине стального шарика; его плотность равна rc = 7,8×103 кг/м3.
II. Методика работы.
Свойство сред (жидкостей и газов) оказывать сопротивление движению в них инородных тел называется внутренним трением, или вязкостью. Это явление было изучено Исааком Ньютоном (1643-1727гг.) Вязкость проявляется в том, что при сдвиге соседних слоев среды относительно друг друга возникает сила противодействия – напряжение сдвига и, следовательно, сила сопротивления, которая для обычных сред пропорциональна величине скорости v относительного движения слоев. Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом динамической вязкости, или просто вязкостью h среды.
Из закона вязкого трения Ньютонa следует, что
h = F / S(du/dx) (2.1)
Единица измерения вязкости в системе СИ: [h] = кг·м-1·с-1 = Па·с
В 1851г. английский физик и математик Джордж Габриель Стокс установил, что сила сопротивления, испытываемая твердым шаром при его медленном поступательном движении в неограниченной вязкой жидкости (в соответствии с законом вязкого трения Ньютона), прямо пропорциональна величине скорости v шарика, направлена навстречу движению v и описывается формулой, носящей имя Стокса:
Fс = 6p h r v, (2.2)
где r – радиус шарика.
На шарик, находящийся в сосуде с жидкостью, действуют следующие силы:
1) сила тяжести, направленная вниз, к центру Земли
Fт = mg =Vrcg = pd3rcg/6 (2.3)
2) выталкивающая сила Архимеда (ок. 287-212 до н.э.), направленная вверх
FА = V rгл g = pd3rгл g/6 (2.4)
3) сила сопротивления жидкости (сила Стокса), также направленная вверх:
Fс = 3p h d v (2.5)
Здесь d – диаметр шарика, V - его объем, rс и rгл - плотности стали и глицерина соответственно, g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения.
При установившемся движении скорость шарика постоянна, т.е. ускорение его движения равно нулю, и, следовательно, по 2-му закону Ньютона, результирующая всех сил также равна нулю. С учетом знаков:
F рез = Fс+ FА - Fт = 0 (2.6)
Подставим в (2.6) выражения сил из (2.3), (2.4) и (2.5) и получим:
pd3 (rc -rгл) g/6=3p h d v,(2.7)
откуда коэффициент вязкости
h = d2 (rc -rгл) g/18v (2.8)
Так как скорость v=l/t, где l- расстояние, пройденное шариком при установившемся движении за время t, то расчетная формула для определения коэффициента вязкости приобретает вид:
h = d2 (rc -rгл) g t /18 l (2.9)
Здесь d, l, t – непосредственно измеряемые величины;
rc и rгл –берется из таблиц физических величин.
III. Порядок измерений и таблица результатов.
1. С помощью линейки измерить расстояние l между рисками А и В на мерной шкале, расположенной за стеклянным цилиндром.
2. С помощью микрометра измерить диаметр шарика d.
3. Осторожно опустить шарик сверху в глицерин примерно в центре сечения сосуда.
4. С помощью секундомера определить время t прохождения шарика между рисками А и В .
5. Результаты измерений занести в таблицу измерений.
6. Повторить измерения по пунктам 2¸5 еще с 4-мя шариками разных диаметров.
Таблица
№ опыта | l, см | d, мм | t, c | hi, Па×с | hср, Па×с | Dh,Па× с | Dhср, Па×с |
IV. Обработка результатов измерений.
1. Рассчитать значения коэффициентов вязкости по формуле (2.9) для каждого опыта.
2. Определить среднее арифметическое значение вязкости:
hср =S |hi |/n , где n = 5.
3. Определить отклонение Dhi для каждого опыта: Dhi = hср -hi .
4. Рассчитать среднюю погрешность определения вязкости:
Dhср =SDhi /n.
5. Рассчитанные значения занести в таблицу.
V. Вывод:
Коэффициент вязкости глицерина, определенный по методу Стокса равен:
h = ( hср + Dhср ) = ( ... + ... ) Па ×с
Контрольные вопросы
1. Какие т-д системы называют неравновесными? Назовите основные явления переноса.
2. В чем заключается явление диффузии? Запишите закон Фика и поясните его суть.
3. В чем заключается явление теплопроводности? Запишите закон Фурье и поясните его суть.
4. В чем заключается явление вязкого трения? Запишите закон Ньютона и поясните его суть.
5. Как объясняются явления переноса с точки зрения молекулярно-кинетической теории?
6. Поясните, как явление внутреннего трения в жидкости иллюстрирует принцип противодействия Ле Шателье-Брауна.
7. Ламинарное и турбулентное течение жидкости. Критерий Рейнольдса.
8. Является ли определение вязкости по методу Стокса прямым или косвенным измерением?
9. Определите размерность коэффициента вязкости в системе Си, используя формулу Стокса.
10. Выведите расчетную формулу для коэффициента вязкости.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 (I-I6)
Дата добавления: 2015-06-22; просмотров: 3053;