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 ; Δp ( 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 μ – 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 μ = 29 ( 10-3 кг/моль універсальна газова стала R = 8, 31 Дж/(моль К) Таблиці результатів вимірювань і розрахунків Таблиця 1 № Δp, Па t, с V, см3 η, Па(с Δη, 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 ΔТ, К р, Па Δp, 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.