Лабораторна робота №23
ВИЗНАЧЕННЯ
КОЕФІЦІЄНТА В’ЯЗКОСТІ ПОВІТРЯ
ТА CЕРЕДНЬОЇ ДОВЖИНИ
ВІЛЬНОГО ПРОБІГУ ЙОГО МОЛЕКУЛ
Мета роботи
Визначити коефіцієнт в’язкості повітря і середню довжину вільного пробігу молекул повітря.
Прилади і матеріали
Мікроманометр, секундомір, термометр, барометр, посудина з водою, капіляр, мензурка.

Опис вимірювального пристрою
Сполучені між собою мікроманометр М-м і посудина з водою П з’єднані з атмосферою тонкою скляною трубкою (капіляром) К.
Якщо відкрити кран Кр, вода з посудини П витікатиме у мензурку М, об’єм повітря у посудині П зростатиме і тиск його стане нижчим за атмосферний. Внаслідок цього на кінцях капіляра К виникне певна різниця тисків, яку вимірюють мікроманометром М-м.
Виведення розрахункових формул
для визначення коефіцієнта в’язкості повітря Використавши формулу Пуазейля:
, (1)
одержимо:
, (2)
де L i r ( відповідно довжина і радіус капіляра ;
?p ( різниця тисків на кінцях капіляра ;
t ( час проходження повітря через капіляр ;
V ( об’єм повітря, що пройшло через капіляр.
для визначення середньої довжини вільного пробігу молекул повітря
Довжина вільного пробігу молекули – це шлях, який проходить молекула між двома послідовними зіткненнями з іншими молекулами. Для різних молекул ці довжини різні, але у випадку дуже великого числа молекул можна розглядати середню довжину вільного пробігу молекул – (( .
Коефіцієнт в’язкості повітря зв’язаний з густиною повітря , середньою довжиною вільного пробігу молекул (( і середньою арифметичою швидкістю молекул (u( співвідношенням:

(u((( . (3)
З рівняння Менделеєва-Клапейрона густину повітря можна виразити як:
, (4)
де ? – молярна маса повітря;
р і Т ( атмосферний тиск і температура повітря;
R ( універсальна газова стала
Врахувавши, що:
(u( =
(5)
та підставивши (4) і (5) в (3), одержимо:
(( = ((. (6)
З (6) отримаємо:
(( = . (7)
При підготовці до виконання роботи використати:
Теоретична частина. Розділ 6.1.
Послідовність виконання роботи
Щільно закрити корком Кор посудину П.
Незначно відкрити кран Кр і після встановлення постійної різниці тисків на кінцях капіляра (стрілка манометра перестане відхилятися) виміряти p; результат записати в Таблицю 1.
Шкала манометра проградуйована в мм.вод.стовпа
тиск 1 мм.вод.ст. дорівнює 9,8 Па.
3. Залишаючи положення крану незмінним, ввімкнути секундомір і
визначити проміжок часу t витікання (30 ( 40 )см3 води. Результат
записати в Таблицю 1.
Одночасно з вимкненням секундоміра закрити кран Кр, визначити об’єм води у мензурці і записати його у Таблицю 1.
(Об’єм води, що витекла, дорівнює об’єму повітря V, яке
увійшло в посудину через капіляр.)
5. Обережно відкрити корок і злити воду з мензурки у посудину П.
6. Дії, зазначені в пунктах 1 – 5, повторити тричі.
7. Визначити температуру повітря Т , атмосферний тиск p і
записати у Таблицю 2.
8. Перевівши результати вимірювань всіх величин в одиниці СІ,
за формулою (2) розрахувати величину .
9. Використовуючи визначену в п.8 величину , за формулою (7)
розрахувати величину (( .
10. Визначити абсолютні та відносні похибки величин і (( .
радіус капіляра r = (0,33(0,005)10-3 м
довжина капіляра L = (250(0,5)10-3 м
молярна маса повітря ? = 29 ( 10-3 кг/моль
універсальна газова стала R = 8, 31 Дж/(моль К)
Таблиці результатів вимірювань і розрахунків
Таблиця 1
№
?p, Па
t, с
V, см3
?, Па(с
??, Па(с

1
вимір
вимір
вимір
розрах.
розрах.

2
вимір
вимір
вимір
розрах.
розрах.

3
вимір
вимір
вимір
розрах.
розрах.

сер.



розрах.
розрах.


Таблиця 2
Т, К
?Т, К
р, Па
?p, Па

вимір
0,5
вимір
50


Контрольні запитання
Записати і пояснити формулу для сили внутрішнього тертя у рідинах і газах.
Який фізичний зміст коефіцієнта в’язкості?
Вивести розмірність коефіцієнта в’язкості.
Записати і пояснити формулу Пуазейля.
Що називається середньою довжиною вільного пробігу молекул?
Вивести формулу для знаходження середньої довжини вільного пробігу молекул повітря.
Рекомендована література
Курс фізики / За редакцією І.Є.Лопатинського.
– Львів: Вид. «Бескид Біт», 2002.
2. Трофимова Т.И. Курс физики.– М.: Высшая школа, 1990.
3. Савельев И. В. Курс общей физики, т.1 –М.: Наука, 1982.