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 молекулойза 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, D h , см вод. ст.	Перепад давлений D р, Па	Время протекания воздуха через капилляр t , с	Вязкость воздуха h ´ 10-5 , Па × с
1
2
3
4
5
Среднее значение вязкости воздуха

Формулы для расчета и расчет погрешности измерения вязкости воздуха[4] :

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

Дополнительное задание

Лабораторные условия:p = …… мм рт. ст.= …… Па; T = …… К

Результаты расчетов:

1. Плотность воздуха: r = …… кг/м³

2. Средняя арифметическая скорость молекул воздуха: ν = ………….м/с

3. Средняя длина свободного пробега молекул воздуха: λ = ………….м

4. Концентрация молекул воздуха: n =………… 1/м³

5. Среднее число столкновений молекул воздуха z = …………с^-1 .

6. По формуле Стокса с использованием результатов работы рассчитайте:

а) максимальную скорость падения в воздухе шарика настольного тенниса диаметром 3 см и массой 0.2 г;

б) диаметр парашюта для парашютиста массой 60 кг, если безопасная скорость приземления равна 5 м/с;

в) максимальный диаметр капелек воды, находящихся во взвешенном состоянии (туман).

Лабораторная работа №3

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ В ЖИДКОСТЯХ

Цель работы : углубление представлений о свойствах поверхности жидкости, о силах натяжения и добавочном давлении под искривленной поверхностью, а также экспериментальное наблюдение и измерение некоторых параметров и соотношений, характеризующих это явление.

Оборудование: набор из трех экспериментальных установок; вода, моющие средства.

1. Теоретическая часть

1.1. Поверхностное натяжение

Силы межмолекулярного сцепления быстро убывают с расстоянием, – их действие практически прекращается на расстояниях порядка 10^-7 см. Потенциальная энергия каждой молекулы в основном зависит только от её взаимодействия с ближайшими соседями.

Молекулы, из которых состоит тело, можно разделить на два класса: «внутренние » молекулы, имеющие полный набор соседей, и молекулы, находящиеся «на поверхности » - молекулы с неполным набором соседей. Потенциальную энергию «внутренних» молекул примем за начало отсчёта энергии. Рассмотрим теперь «наружные» молекулы. Их взаимодействие приводит к «уплотнению» поверхностного слоя, поскольку молекулы пара этого вещества и иные молекулы, находящиеся вне тела, существенно удалены от них.

Чтобы вывести на поверхность новые молекулы жидкости из внутренних слоев надо разорвать связи между наружными молекулами, то есть совершить работу по увеличению площади поверхности. Такую работу следует считать отрицательной, т.е. требующей затраты внешней работы. И наоборот, переход наружных молекул вовнутрь жидкости сопровождается положительной работой – сокращение площади поверхности жидкости энергетически выгодно, поскольку приводит к уменьшению потенциальной энергии. Эта энергия носит название поверхностной энергии. Обозначим эту энергию через W , а площадь поверхности через S . Тогда согласно сказанному,

W = σS (1)

Коэффициент пропорциональности между энергией и площадью поверхности σ называется коэффициентом поверхностного натяжения . Величина этого коэффициента зависит от рода граничных сред, образующих поверхность. Как нетрудно убедиться, σ имеет размерность энергии, отнесённой к единице поверхности Дж/м² , или размерность силы, деленной на длину F =Н/м.

Наличие поверхностной энергии существенно влияет на поведении жидкостей. В частности, форма - шар, которую принимает свободная жидкость (жидкость, находящаяся вне сосуда, не ограниченная его формой), соответствует минимуму потенциальной энергии поверхностного.

При расчётах вместо энергии поверхностного натяжения нередко пользуются «силой поверхностного натяжения», которая выводится следующим образом. Для изотермического увеличения поверхности жидкости на величину Δ S = L ∙Δ x (см. рис.1)необходимо затратить энергию, равную работе силы поверхностного натяжения F = σL на пути Δ x

A= Δ W =σ Δ S = σ Δ xL (2)

Последнее соотношение можно понимать так: увеличение поверхности происходит вследствие её «растяжения» на величину Δх в направлении, перпендикулярном L . Сила поверхностного натяжения лежит в плоскости, касательной к поверхности, и направлена так, что стремится сократить площадь этой поверхности.

1.2. Давление под искривленной поверхностью.

Если поверхность жидкости искривлена, то, как видно из рисунка 2 поверхностные силы, как касательные к этой поверхности, создают нескомпенсированные силы, направленные внутрь кривизны поверхности. Как показал французский физики Лаплас, эти силы создают добавочное («лапласово») давление, величина которого определяется по упрощенной формуле

р_л =σ (1/R₁ + 1/R₂ ) (3)

где R ₁ и R ₂ - максимальный и минимальный радиусы кривизны поверхности жидкости. Для сферической поверхности формула принимает вид

р_л = 2 σ / R (4)

Рисунок 4

Рисунок 3

???? ???????? ????????? ? ???????? ? ??????? ?????, ?? ??? ? ?????-?? ???? ??????????? ?? ??? ???????????, ????????? ??. ??????? ???? ?????????? β ????????????? ??????????? ?????????????? ?????? ?????????? ?????????? ??????? - ?????????-?????????, ?????????-??????? ????? ? ?????????-???????. ????????? ???????? ???? ?????????????? ????????? ?? ??????? 3 ???????, ??? ???????? ??????????? ??????????? ???????? ????, ???? ??????? ???? β ??????, ???? ?? ???????? ???????? ???? ?????? 90^о , ?? ???????? ?? ????????? ???????????. ? ????? ?? ???? ??????? ??????????? ???????? ?????????? ?????? ????????. ?????? ???? ????????? ??????????? ??? ?????????? капиллярные ???????. ? ??????? ????? ???????? ?? ???? ?????????? ?????? ????????? ??? ????????????? ?? ??????? ??????????, ? ??? ????? ??????????? ???????????, ??????????? ???? ?????????. ??? ?????????? ?????????? ??? ?? ???? ??????? ??? ?? ?????????? ??????????????? (??. ???. 4).

2. Экспериментальная часть

2.1. Измерение коэффициента поверхностного натяжения

жидкости капиллярным методом

Сила поверхностного натяжения вызывает поднятие жидкости в капиллярах при условии, если она смачивает стенки этого капилляра.. При расчёте равновесного положения жидкости в капилляре следует помнить, что полная потенциальная энергия ссистемы зависит в этом случае от работы силы тяжести и от поверхностной энергии на границе жидкость–стенки капилляра, на границе жидкость–воздух и на границе стенки капилляра–воздух.

Рисунок 6

????? ????? ? ? ???? ?????? ???????????? ??? ??????? ?? ???????, ? ???? ?????????????? ?????????. ??? ????????? ????????? ?????????? ?????? ?????? ???????? ??? ?? ???????? ???? ??????? ?? ????, ??? ?????? ?? ??? ?????? ????????? ??????????????? ????? ???????. ? ???? ???????? ?? ???? ?????? ??????? ???????? ???????? ????? ??????? ??????????, ? ????? ??????? ? ???????????. ??? ????? ?? ??????? 5 ?????? r ????? ????? ???? ????????? ????? ?????? ????????? ? ??????? ???? ?????????? ?? ??????? r = R / cos b , ????? ??????? (4) ????????? ???????? ??? ????? ??????????? ??????????? ????????????? ? ???? р_л =2 σcosβ / R

Рассмотрим теперь равновесие столба жидкости (рис.6) , ограниченного сверху мениском, а снизу – поверхностью жидкости в сосуде. Давление р столба жидкости (гидростатическое давление) можно определить по формуле

р =ρ gh ₀ , (5)